Электромагнитного поля

Электромагнитное поле как вид материи

Электромагнитное поле является тем основным физическим агентом, который используется в физических и технических устройствах для передачи и преобразования электрической энергии.

Процессы, связанные с электромагнитным полем, характерны тем, что требуют описания в пространстве и во времени.

Особенно важное место в этих процессах занимают элементарные заряженные частицы с положительным (протоны, позитроны) и отрицательным (электрон) элементарным зарядом. Эти частицы либо входят в состав атомов и молекул веществ, либо находятся в свободном состоянии. Они находятся в непрерывном движении и окружены электромагнитным полем, причем между частицами и их полем, строго говоря, нет точной границы. В зависимости от характера движения этих частиц электромагнитное поле может проявляться в виде электрического или магнитного полей. Несмотря на то, что между элементарной заряженной частицей и ее электромагнитным полем нет определенной границы, полагают, что электрический заряд имеет лишь частица материи, сосредоточенная в весьма малой области пространства. Вне этой области материя существует в виде электромагнитного поля, а объемная плотность электрического заряда равна нулю. При такой научной абстракции возникает необходимость дать определение той области пространства, в которой существует электромагнитное поле, но отсутствуют все известные нам частицы материи. В дальнейшем изложении эту область пространства будем называть «пустота».

Элементарные заряженные частицы и их электромагнитное поле, как и другие виды материи, обладают массой, энергией, количеством движения, т.е. характеризуются теми же свойствами, которые учитывают при рассмотрении механической формы движения материи.

Вместе с тем эти частицы и их электромагнитное поле являются особым видом материи, так как, кроме перечисленных выше свойств, они обладают еще и электромагнитными свойствами, которые в классической механике не учитывают. Важнейшими из этих свойств является электрический заряд, собственный магнитный момент и силовое воздействие электромагнитного поля на заряженные частицы.

Электрический заряд элементарной частицы является ее физическим свойством, которое характеризует связь частицы с собственным электромагнитным полем и ее силовое взаимодействие с внешним электромагнитным полем.

Электромагнитное поле в зависимости от того, движется или неподвижна заряженная частица, с которой оно связано или взаимодействует, проявляется в виде электрического или магнитного полей.

Отметим, что если обладающую электрическим зарядом частицу нельзя мыслить без ее электромагнитного поля, то электромагнитное поле может существовать в свободном состоянии. Таковым являются фотон, а также электромагнитное поле, излученное антенной. Отсюда же видны и две возможные формы существования электромагнитного поля: дискретная и волновая.

Скорость распространения электромагнитного поля в пустоте составляет около см/с, т.е. равна наивысшей, достижимой в природе скорости – скорости света.

Электрическое и магнитное поле как проявление единого

электромагнитного поля

Любое электромагнитное явление в целом характеризуется двумя сторонами – электрической и магнитной, которые тесно связаны. Таким образом, электромагнитное поле имеет две взаимосвязанные стороны – электрическое поле, магнитное поле. Вместе с тем можно создать такие условия, когда в некоторой области пространства обнаруживаются только электрические или только магнитные явления. Например, вне заряженных неподвижных тел обнаруживается только электрическое поле. Аналогично, в пространстве, окружающем неподвижные постоянные магниты, обнаруживается только магнитное поле. Однако, и в этих случаях, если явление рассматривать в целом, нетрудно усмотреть как электрическую, так и магнитную его стороны.

Так заряды неподвижных заряженных тел образуются совокупностью зарядов элементарных заряженных частиц, движущихся хаотически около поверхности тел. Каждая такая частица окружена электромагнитным полем, но, вследствие хаотического движения частиц, их результирующее магнитное поле практически исчезает уже на ничтожных расстояниях от поверхности тел. Электрические же поля частиц, при избытке на теле частиц с зарядами того или иного знака, суммируются и обнаруживаются в окружающем тела пространстве.

В пространстве, окружающем неподвижные постоянные магниты, наоборот, взаимно компенсируются электрические поля элементарных частиц, образующих вещество магнита, вследствие равенства суммарных зарядов разных знаков.

Таким образом, и в этих особых случаях явление в целом оказывается электромагнитным. Причем в переменном электромагнитном поле само электрическое поле возникает вследствие изменения во времени магнитного поля и, в свою очередь, возникновение магнитного поля является результатом изменения во времени электрического поля.