ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные понятия электродинамики. Электромагнитное поУравнения Максвелла в пустоте из "Механика сплошной среды Т.1 " В последнее время все большее и большее значение приобретают вопросы изучения движения сплошной среды с учетом электромагнитных эффектов. В связи с этим в механике сплошной среды стало необходимым излагать основные сведения из электродинамики. [c.266] Дальше примем, что простейшие опытные факты и законы электродинамики известны из элементарного и общего курсов физики. Сформулируем основные законы электродинамики в виде уравнений Макс1 лла аксиоматически, как результат теоретической обработки и обобщения опыта и наблюдений. [c.266] Формулировка уравнений Максвелла основана на использовании ряда абстрактных математических понятий об электромагнитных характеристиках, вводимых для описания электромагнитных свойств тел и ноля. Введение и анализ этих понятий и уравнений связаны с громадной работой и большими историческими переживаниями в интенсивном развитии научных исследований электрических явлений в течение более ста лет. [c.266] Плодотворность теоретических методов, опирающихся на уравнения Максвелла, подтверждается всей практикой описания электромагнитных эффектов и всеми известными макроскопическими экспериментальными данными. [c.266] При изложении электродинамики не будем придерживаться исторического аспекта, а дадим концентрированное описание ее основ, имея в виду приложения электродинамики к задачам механики сплошной среды. Отметим только, что теория электромагнитного поля, как теория реального объекта, возникла у Фарадея и была опробирована убедительно экспериментально лишь в конце прошлого столетия, когда Герцу удалось получить электромагнитные волны и этим доказать реальность существования электромагнитного поля. [c.266] Изучаемые нами внутренние силовые взаимодействия связаны, в основном, с электромагнитными эффектами ими обусловлены макроскопические напряжения в твердых, жидких и газообразных телах. В частности, при столкновениях молекул и атомов роль электромагнитных сил — основная. [c.267] Кроме того, при некоторых условиях тела могут обладать электрическими зарядами и в них могут течь токи. Возникающие цри этом силы взаимодействия необходимо учитывать в общем балансе сил, действующих на объем сплошной среды. Такого рода эффекты проявляются особенно сильно при изу-чении движения плазмы. Плазма представляет собой газ, в котором имеется большое число свободных электронов и ионов. Поэтому плазма заметно взаимодействует с электромагнитным полем. [c.267] Напомним теперь некоторые основные определения и понятия электродинамики. [c.267] В противоположность силе тяготения, которая всегда является силой притяжения, сила является силой притяжения, если заряды е, и разноименные, и силой отталкивания, если они одноименные. [c.267] Влияние силы гравитационного притяжения заметно, когда взаимодействующие массы Шу и очень велики. Электрические силы взаимодействия во много раз больше сил тяготения. Сила гравитационного притяжения между двумя электронами меньше силы их электрического отталкивания в 10 раз. Это очень большое число, которое трудно ощутить с помощью обычных представлений. [c.267] Для электрически нейтральных тел Ае = О и =0. Плот-ность заряда ре в зависимости от накопления ионов или электронов в определенном месте может быть как положительной, так и отрицательной. В действительности р для всех тел близко к нулю, это связано с тем, что одноименные заряды всегда отталкиваются поэтому большие скопления положительно или отрицательно заряженных частиц долго существовать не могут. [c.268] В связи с на личием магнитных взаимодействий делались попытки ввести в рассмотрение магнитные заряды и написать для них закон, аналогичный закону Кулона для электрических зарядов. Выяснилось, однако, что никаких магнитных зарядов в природе не существует, а магнитные взаимодействия сводятся к взаимодействиям электрических токов (т. е. движущихся зарядов). В частности, магнитные свойства различных веществ объясняются наличием микроскопических токов, текущих внутри атомов за счет движения электронов вокруг ядра и за счет собственного вращения электронов и ядер (спинов). В обычных условиях в большинстве тел атомы ориентированы хаотически и действие внутриатомных токов не проявляется. Если же возникает упорядоченная ориентация элементарных частиц, из которых составлено тело, то соответствующий макроскопический эффект проявляется в магнитных свойствах тел, связанных с явлением намагничивания. [c.269] Первоначально считали, что это поле представляет собой математическую абстракцию, удобную для вычисления сил, действующих на пробный заряд. Последующие исследования показали, что поле электрической напряженности Е можно рассматривать как объект, существующий в пространстве вне зависимости от существования пробного заряда, и можно говорить об электрическом поле как о материальном объекте, отличном от материального тела. [c.269] Возможны две точки зрения на соотношение между зарядами и полем. Можно считать, что поле порождается зарядами или что заряды являются особыми точками (физически малыми объектами) существующего электрического поля. [c.269] Если магнитное поле однородно, Н = onst, то общая сила воздействия поля на элементарный диполь равна нулю. Отличен от нуля только момент Ш. [c.270] В статических условиях напряженности электрического и магнитного полей в данной точке пространства могут быть определены по измерениям силы (1.2) и момента (1.3), действующих на помещенные в эту точку неподвижные пробные электрические заряды и различным образом ориентированные элементарные магниты (элементарные электрические токи). [c.270] Этд простые опыты с пробными элементами можно усложнить, обобщить и распространить на случай подвижных пробпых зарядов и токов и полей Е и Н, переменных по времени. [c.270] Таким образом, электромагнитное поле в пустоте в каждой точке пространства и в каждый момент времени характеризуется двумя векторами — напряженностью электрического поля15 и напряженностью магнитного поля Н. Векторы Е ш ТТ, плотность зарядов ре и вектор плотности электрического тока j являются основными понятиями электродинамики. [c.270] Общее решение системы уравнений (1.4) в бесконечном пространстве с условием исчезновения вектора Е в бесконечности приводит к закону Кулона. [c.270] Распределение масс создает в пространстве гравитационное поле с потенциалом U, которое можно обнаружить с помощью пробной массы, помещенной в рассматриваемую точку пространства. [c.271] Вернуться к основной статье