Електромагнітне поле

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти к навигации Перейти к поиску

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].

Кількісні характеристики

Електромагнітне поле характеризується векторними величинами напруженістю електричного поля <math> \mathbf{E} </math>, вектором електричної індукції <math> \mathbf{D} </math>, вектором магнітної індукції <math> \mathbf{B} </math> й напруженістю магнітного поля <math> \mathbf{H} </math>.

У вакуумі [2]

<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> — вектор поляризації, а <math> \mathbf{I} </math> — 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 — діелектрична проникність середовища, μ — магнітна проникність середовища.

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

Джерела електромагнітного поля

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 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 силою Лоренца.

Електромагнітне поле взаємодіє також через свою магнітну складову зі спінами часток.

Енергія електромагнітного поля

Електромагнітне поле може виконувати 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 рівнянню неперервності

<math> \frac{dW}{dt} + \text{div}\, \mathbf{S} = 0</math>,

де <math> \mathbf{S} </math> — вектор Пойнтінга, що описує потік електромагнітного поля.

Розповсюдження в просторі

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.

Фотони

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

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

Див. також

Примітки

  1. 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.

Джерела та література

Шаблон:Stub-meta Шаблон:ВП-портали

Категорія:Електродинаміка