2020-10-10
497
Представим двухпроводную линию, неограниченно простирающуюся в обе стороны, и положим, что источник переменного тока создает в какой-либо точке линии 0 (рис. 2) электрическое поле Е. Опыт показывает, что электрическое поле распространяется вдоль линии. Каков же механизм распространения поля?
Рис.2
Способ передачи электрического поля заключается в возникновения токов проводимости. Однако наряду с этим существует и другой процесс передачи поля, который в очень многих явлениях играет главную роль. Он был открыт Максвеллом и состоит в распространении электромагнитных волн.
Рассмотрим это явление качественно. По теории Максвелла изменяющееся электрическое поле вызывает появление магнитного поля. Величина и направление этого магнитного поля соответствуют полю, созданному током с плотностью
(принято ε =1). Так как вектор 
иногда называют электрическим смещением, то величина 
названа плотностью тока смещения. Несмотря на то, что 
не связана с движением электрических зарядов, ее называют плотностью "тока", так как она имеет характерное свойство тока - способность порождать магнитное поле.
Пусть поле 
увеличивается, т.е. 
и направление тока смещения i совпадает с направлением . Применяя правило буравчика, находим, что магнитное поле 
направлено так, как показано на рис.2.
Согласно теории Максвелла изменяющееся магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля. Поэтому в следующий момент времени возникает электрическое поле 
. Оно будет направлено так же, как индукционный ток, который возник бы в замкнутом проводнике под действием возрастающего поля 
(рис.2). Возрастающее электрическое поле вызовет появление магнитного поля 
. Из рис.2 видно, что поле 
в точке 0 направлено противоположно полю 
, а значит, будет уничтожать это поле, a - будет уничтожать поле . Поэтому первоначальное поле и вызванное им поле исчезнут, но зато появятся поля и в соседней точке линии I (рис.3). Дальше - аналогично. Возрастающее поле вызовет появление вихревого электрического поля 
, а оно, увеличиваясь, приведет к возникновению магнитного поля 
. Поля 
и 
уничтожают поля и в точке 1 и появляются в соседней точке 2, еще более удаленной от первоначального возмущения (рис.3).
Поэтому электрические и магнитные поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Этот процесс подобен распространению механического импульса вдоль резинового шнура или струны и поэтому называется распространением электромагнитного импульса.
Рис. 3
Из рис.2 видно, что направления полей и перпендикулярны друг другу и скорости распространения волны 
. ^ ^ , т.е. эти три вектора связаны правилом буравчика.
Таким образом, существуют два различных способа передачи поля: с помощью токов проводимости и при помощи токов смещения (электромагнитных волн). Если быстрота изменения полей мала (малые частоты), то токами смещения можно пренебречь по сравнению с токами проводимости. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии. Если же поля изменяются быстро (большие частоты), то основную роль играют токи смещения. При этом основные процессы происходят между проводами в окружающей среде, и электрические явления практически не зависят от свойств материала проводов.
