Теоретические основы электромагнитного поля

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

Электромагнитное поле (ЭМП) является особой формой материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными телами. Электромагнитное поле обладает характерными для него электрическими и магнитными свойствами, доступными наблюдению с помощью специальных экспериментов. Органы чувств человека не способны непосредственно воспринимать воздействие электромагнитных полей за небольшим исключением. В очень узком диапазоне частот электромагнитных колебаний (от 4•10¹⁴до 7,5•10¹⁴ Гц) человек воспринимает их в виде видимого света.

Силовое воздействие ЭМП на электрические заряды и токи, находящиеся в поле, положено в основу определения основных векторных величин, которыми характеризуется ЭМП: напряженности электрического поля Е и магнитной индукции магнитного поля В.

Электромагнитное поле может самостоятельно существовать в виде электромагнитных волн в вакууме.

То, что ЭМП представляет собой особую форму материи, подтверждает тот факт (экспериментальный), что оно обладает энергией Е (W_n), массой M_n_,количеством движения (импульсом) P _n=M V и моментом количества движения.

Масса ЭМП в единице объема определяется как частное от деления энергии поля в единице объема на квадрат скорости распространения электромагнитной волны в вакууме:

Масса поля даже при максимально достижимых в настоящее время напряженностей электрического и магнитного полей в единице объема оказывается равной (10^-17/10^-12) кгс/м³. Тем не менее наличие массы поля имеет принципиальное значение, поскольку в этом факте отражена известная инерционность процессов в ЭМП. В некоторых случаях поле превращается в вещество (элементарные частицы), а вещество в поле. Превращение поля в вещество, а вещества в поле соответствует превращению одного вида материи в другой. Пространство и время являются формами существования материи и в частности ЭМП.

В теории ЭМП для любого вещества (поле может существовать практически во всех веществах) вводятся параметры, характеризующие данную среду (диэлектрическая e и магнитная m проницаемости и электропроводность c).

Физическое представление об ЭМП, его материальности и других свойствах не представляет собой особых трудностей. Решение же задач, связанных с ЭМП, применение законов, теорем, формул и в особенности математического аппарата представляет собой значительные трудности при первоначальном знакомстве с теорией ЭМП. Имеется лишь один точный способ представления законов в теории ЭМП - это способ дифференциальных уравнений.

Для упрощения изучения теории ЭМП и решения задач весь раздел разбит на 4 главы. Всегда имея в виду, что ЭМП является единым фактом его существования, а именно во взаимосвязи и взаимообусловленности электрической и магнитной составляющих, в ряде конкретных случаев удобно и возможно рассматривать некоторые задачи ЭМП раздельно в области электрических и магнитных полей. Это - электростатика (электростатическое поле), электрическое поле постоянного тока; магнитостатика (магнитное поле постоянного тока) и переменное электромагнитное поле. В таком порядке и построено дальнейшее изложение материала в данном разделе.