1. Вихревое электрическое поле.
2. Ток смещения
3. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля.
4. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Энергетический спектр.
1. В проводящем контуре возникает индукционный ток, если поток вектора магнитной индукции, пронизывающий площадь, ограниченную контуром меняется во времени:
Ei= - -З. Фарадея
Ф=B·dS·cos
Например, в контуре, находящемся в переменном м. поле. Силы Лоренца, в этом случае, не могут быть причиной возникновения тока, т.к. они действуют только на движущиеся заряды. Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Согласно представлениям Максвелла контур, в котором появляется ЭДС играет второстепенную роль являясь лишь индикатором, обнаруживающим это поле.
Итак, изменявшееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле напряженностью Ев, циркуляция которого равна
…(13.1)
ЕВl – проекция вектора ЕВ на направления l.
Т.к. весь поток равен интегралу: Ф = и учитывая, что если поверхность и контур неподвижны, то операции интегрирования и дифференцирования можно поменять местами из выражение (13.1) получим:
…(13.2)
Где символ частной производной подчеркивает тот факт, что интеграл является функцией только от времени.
Вспомним, что циркуляция вектора напряженности электростатического поля, создаваемого зарядом вдоль любого замкнутого контура = 0:
= = 0…(13.3)
Т.е. между рассматриваемыми полями и имеется принципиальное различие: циркуляция ≠0 электродинамическое поле, порождаемое магнитным полем как и само магнитное поле является полем с замкнутыми силовыми линиями, т.е. вихревым электрическим полем.
2. Согласно Максвнллу, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, то должно существовать и обратное явление: всякое изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющемся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения. Это название является условным, а точнее исторически сложившимся, так как ток смещения по своей сути - это изменяющееся со временем электрическое поле.
Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую конденсатор. Между обкладками заряжающегося и разряжающегося конденсатора имеется переменное электрическое поле, поэтому согласно Мксвеллу, через конденсатор «протекают» токи смещения, причем в тех участках, где отсутствуют проводники. Токи проводимости и смещения при этом равны: I = IСМ. Ток проводимости вблизи обкладок будет:
…(13.4)
Поверхностная плотность заряда s на обкладках равна электрическому смещению D в конденсаторе. А так как . Тогда плотность тока смещения согласно (13.4) будет: …(13.5)
Из всех физических свойств, присущих току проводимости, Максвелл приписал току смещения лишь одно – способность создавать в окружающем пространстве магнитное поле.
3. Введения понятия тока смещения привело Максвелла к созданию макроскопической теории электромагнитного поля, позволяющей с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления, но и предсказать новые, существование которых в последствии было подтверж-дено. В основе теории Максвелла лежат четыре уравнения:
1). Электрическое поле может быть как потенциальным, так и вихревым (и ), поэтому напряженность суммарного поля:Е = +
Т.к. циркуляция = 0, а для определяется выражением (13.2), то циркуляция вектора напряженности суммарного поля:
= -dS….(1)
Это уравнение показывает, что источниками электрического поля могут быть не только заряды, но и изменяющиеся во времени магнитные поля.
2). Обобщенная теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля (): = dS…(2)
где – вектор электрического смещения
D = 0
– плотность тока, =
Это уравнение показывает, что магнитные поля могут возбуждаться либо зарядами, либо переменными электрическими полями.
3). Теорема Гаусса для электрического поля D (вектора электрического смещения). …(3)
Т.е. поток вектора смещения электрического.поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов.
Если заряд распределен внутри замкнутой поверхности непрерывно с объемной плотность r то (3) запишется в виде: =
4). Теорема Гаусса для индукций магнитного поля:
Поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность = 0.
= 0…(4)
Итак, выражения (1, 2, 3, 4) – есть полная система уравненийий Максвелла в интегральной форме.
Величины, входящие в них не являются независимыми. Т.к. между ними существует следующая связь:
D=0
=0
j=·E
Где 0, 0– электрическая и магнитная постоянные
,– электрическая и магнитная проницаемости
– удельная проводимость.