Теория электромагнитного поля

Первые представления о свойствах среды вблизи заряженных тел сложились еще в глубокой древности, когда люди заметили, что натертый янтарь вызывает движение мелких предметов без непосредственного соприкосновения с ним (т. е. на расстоянии).

Свойство одних тел действовать на другие тела на расстоянии без участия промежуточных тел или сред, через пустоту и притом мгновенно, назвали теорией дальнодействия.

В теории дальнодействия, действие на расстоянии принималось как должное и вопрос о том, как это происходит, не ставился.

Как следствие, непонимания сути происходящего привело к появлению мистических домыслов о природе действующих сил.

Теория поля противопоставлялась теории дальнодействия и утверждала, что электромагнитное поле – это вид материи.

Теория электромагнитного поля в главных чертах была разработана Максвеллом и изложена им в его труде «Трактат об электричестве и магнетизме», вышедшим в 1873 году.

Максвеллова теория электромагнитного поля была подтверждена опытами П.Н. Лебедева, который в 1899 году измерил световое давление, т.е. установил наличие у электромагнитного поля инертной массы, наличие гравитационной массы указывало искривление светового луча во время полного солнечного затмения в 1919году. В 1874 году Д. Пойнтинг приходит к выводу, что в электромагнитном поле существует распределение, движение и передача энергии. В 1905 году Эйнштейн сформулировал соотношение между массой и энергией , откуда можно определить массу электромагнитного поля = кг/м³.

Опыты ученых доказали, что электромагнитному полю присущи характеристики вещества, а именно: энергия, масса и количество движения. Наряду с этим электромагнитное поле может самостоятельно существовать в виде электромагнитных волн в вакууме, а это свидетельствует о том, что поле, являясь формой материи, может существовать при отсутствии другой формы материи – вещества. В одних случаях электромагнитное поле распределено в пространстве непрерывно, в других обнаруживает дискретную структуру, проявляющуюся в виде квантов излучения поля. Электромагнитное поле может превращаться в вещество, а вещество – в поле.

Так, электрон и позитрон превращаются в два кванта электромагнитного излучения (света), а при исчезновении фотона возникает пара: электрон и позитрон. То есть превращение поля в вещество, а вещества в поле, соответствует превращению одного вида материи в другой.

Электромагнитное поле – это вид материи, связанный с изменением и непрерывным взаимным превращением магнитного и электрического полей, характеризующийся способностью распространяться в вакууме со скоростью близкой к м/сек и способностью силового воздействия на заряженные частицы, ток и на определенным образом ориентированную поверхность вещества.

Величины характеризующие электромагнитное поле

Электрическое поле

– вектор напряженности электрического поля [В/м] (это мера электрического поля)

– вектор электрического смещения или индукции [Кл/м²]

– абсолютная диэлектрическая проницаемость [Ф/м]

– диэлектрическая постоянная [Ф/м]

[Ф/м]

– относительная диэлектрическая проницаемость.

Относительная диэлектрическая проницаемость зависит от свойств среды: для вакуума = 1, для воздуха 1, для диэлектриков от 2 до 8 показывает, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше, чем в вакууме.

.

Магнитное поле

– напряженность магнитного поля [А/м]

– индукция магнитного поля [Тл] или [Вб/м²]; [Вб] = [В·с]

– абсолютная магнитная проницаемость [Гн/м]

– магнитная постоянная [Гн/м]

[Гн/м]

– относительная магнитная проницаемость

для не ферромагнитного материала < 1

для ферромагнитного материала > 1

для воздуха = 1

На практике встречают следующие виды полей:

1) Электростатическое и магнитостатическое;

2) Стационарное электрическое и стационарное магнитное (создаются постоянными токами);

3) Квазистационарное поле (в нем явления медленно протекают во времени);

4) Быстроизменяющиеся во времени поля в неподвижных телах и средах, движущихся в некоторой системе координат с относительно большой скоростью.

Основные уравнения электромагнитного поля

В дифференциальной форме: