Свободное электромагнитное поле
Свободное электромагнитное полеСкачать файл - Свободное электромагнитное поле
Такое поле существует только в движении и только со скоростью света, обладает энергией и переносит ее по пространству с этой же скоростью. Оно может излучаться источником отдельным импульсом или непрерывно. Свободное электромагнитное поле не может быть ни стационарным, ни квазистационарным, оно только нестационарное, обычно периодическое с простым или сложным спектральным составом по частоте. Тогда как в близи источника в зоне при действует переменное квазистационарное электромагнитное поле, которое связи с источником не теряет и к излучению не способно. По достижении волновой зоны излучение свободного электромагнитного поля возникает потому, что в соответствии с уравнениями Максвелла. Эти два уравнения Максвелла после своих преобразований приводятся к волновым уравнениям для полей и , а из них следует, что излучаемое свободное электромагнитное поле обладает волновыми свойствами. Удаляясь от источника, оно распространяется по пространству самостоятельно со скоростью. Это в основном идеальные диэлектрики и близкие к ним несовершенные диэлектрики. Это расстояние, на которое продвигается электромагнитное поле в новые области пространства за один период колебаний. При частотах 50 Гц, 10 6 Гц и 10 9 Гц длина волны составляет соответственно км, 30м и 30см. Длиной волны определяются также примерные границы квазистационарной, переходной и волновой зон вокруг источника, соответственно. Произведение плотности энергии поля w на скорость его распространения выражает плотность потока энергии , а интеграл от плотности потока по замкнутой поверхности S вокруг источника определяет весь поток излучаемой энергии Ф соответственно. К наиболее эффективно действующим излучателям такого поля относятся антенны. Основное их назначение — задать электромагнитному полю необходимую частоту колебаний и обеспечить на этой частоте максимально возможную мощность излучения как правило, в избранном направлении. К самым простым излучателям относятся:. Но данное электромагнитное поле не отрывается от заряда и не излучается в окружающее пространство. Излучение возбуждается только при переменной скорости движения, когда заряд обладает некоторым ускорением. Мощность излучения свободного электромагнитного поля определяется при этом квадратом ускорения. Только при гармонических колебаниях заряда происходит монохроматическое излучение поля на частоте осциллятора. При иных негармонических ускорениях заряда в излучаемом поле образуется частотный спектр. Электрический момент может осциллировать в двух случаях, когда и осциллирует и наоборот, когда и осциллирует. Как показывают расчеты, в обоих случаях результаты по мощности излучения получаются аналогичными. Как видно из рисунка, перезарядка полюсов связана с электрическим током между полюсами. Именно переменные заряды на полюсах и электрический ток между ними создают в синфазной зоне квазистационарное электромагнитное поле, как это показано на рисунке. Изучение свабодного электромагнитного поля происходит вдали от диполя в волновой зоне за пределами рисунка. Такими признаками обладает магнитное поле плоского витка с током, магнитный момент которого реально существует и определяется выражением. Уместно подчеркнуть, что магнитный момент микрочастицы трактуется двояко как по амперовской , так и по кулоновской моделям. При макроскопических размерах витка с током двойная трактовка его магнитного момента формально тоже возможна путём замены реального витка на модельный магнитный диполь с адекватным магнитным моментом. Замена витка с током на магнитный диполь требует формального вовлечения в расчёты не только магнитного заряда , но и магнитного тока , обеспечивающего периодическую перезарядку магнитных полюсов диполя. Несмотря на очевидную модельность магнитного заряда и магнитного тока, замена реального витка с током на магнитный диполь в расчётных целях практически не исключается и допускается к анализу электромагнитного поля. По мощности излучения свободного электромагнитного поля переменный магнитный диполь аналогичен переменному электрическому диполю. Хотя сами макро - и микроисточники отличны друг от друга в принципе, их излучения обладают целым рядом одинаковых свойств фундаментальной физической значимости. Это прежде всего то, что излучаемые поля в обоих случаях имеют одинаковую электромагнитную природу и распространяются с одинаковой скоростью, совпадающей со скоростью света, а также то, что излучаемые поля в обоих случаях обладают энергией и переносят ее в направлении своего распространения. Они так же обладают массой, импульсом и другими физическими признаками своей материальности. Но столь же значимы и фундаментальные различия между источниками и их излучением. В отличие от макроисточника, способного к непрерывному излучению электромагнитного поля, микроисточник способен только к единичным практически мгновенным актам излучения отдельных квантов электромагнитного поля. Существенно то, что квант проявляет себя как автономная частица с сосредоточенной массой и импульсом. Вместе с тем квант ведет себя как электромагнитная волна, частотно - волновые свойства которой определяют энергию кванта. Таким образом, кванты электромагнитного излучения обладают двойственными свойствами или иначе корпускулярно — волновым дуализмом. В квантовой физике квантованное электромагнитное поле рассматривается как релятивистский квантовый Бозе - газ. Методами квантовой механики устанавливается формальная взаимосвязь между квантованным и классическим электромагнитным полем для теоретического перехода от одной концепции поля к другой. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Свободное электромагнитное поле 2. В промежуточной зоне , происходят сложные процессы преобразования неспособного к излучению квазистационарного поля к полю нестационарному, способному к излучению. По достижении волновой зоны излучение свободного электромагнитного поля возникает потому, что в соответствии с уравнениями Максвелла периодически изменяющиеся поля и в этой зоне становятся способными порождать друг друга и распространяться по пространству без участия источника. Удаляясь от источника, оно распространяется по пространству самостоятельно со скоростью , которая во всех веществах со свойствами и практически совпадает со скоростью света в вакууме. Очевидно величина , выражает длину волны свободного электромагнитного поля. Произведение плотности энергии поля w на скорость его распространения выражает плотность потока энергии , а интеграл от плотности потока по замкнутой поверхности S вокруг источника определяет весь поток излучаемой энергии Ф соответственно где П и Ф измеряется соответственно в и в Вт. К самым простым излучателям относятся: Мощность излучения свободного электромагнитного поля определяется при этом квадратом ускорения ,. Как показывают расчеты, в обоих случаях результаты по мощности излучения получаются аналогичными , где постоянные и соответственно равны: Такими признаками обладает магнитное поле плоского витка с током, магнитный момент которого реально существует и определяется выражением где — единичная правовинтовая нормаль к плоскости витка, а — его площадь. При макроскопических размерах витка с током двойная трактовка его магнитного момента формально тоже возможна путём замены реального витка на модельный магнитный диполь с адекватным магнитным моментом как это показано на рис. Существенно то, что квант проявляет себя как автономная частица с сосредоточенной массой и импульсом ,. Вместе с тем квант ведет себя как электромагнитная волна, частотно - волновые свойства которой определяют энергию кванта , где h — постоянная Планка.
В. В. Мултановский. Курс теоретической физики
На главную страницу Теоретическая физика. Электрический заряд и электромагнитное поле 1. Плотность заряда и плотность тока. Система уравнений Максвелла — основа электродинамики 2. Уравнение Максвелла для системы зарядов в вакууме. Интегральная форма уравнений Максвелла. Связь уравнений Максвелла с эмпирическими законами электромагнитных явлений. Принцип причинности в электродинамике. Энергия и импульс электромагнитного поля 3. Работа, совершаемая полем при перемещении зарядов. Плотность и поток энергии. Закон сохранения энергии для изолированной системы поле-заряды. Уравнения для потенциалов электромагнитного поля 4. Уравнения электромагнитного поля в потенциалах. Понятие об общем решении уравнений поля в потенциалах. Решения уравнений поля 5. Гармонические составляющие свободного поля. Потенциалы поля стационарной системы движущихся зарядов. Характерные особенности и итоги общей задачи о расчете полей. Стационарное электрическое поле в вакууме 6. Уравнения стационарного электрического поля в потенциалах. Электростатическое поле и закон Кулона. Электростатическое поле системы зарядов на большом удалении. Работа и энергия электростатического поля. Сила действующая на жесткую систему зарядов 7. Система зарядов во внешнем электростатическом поле. Работа и потенциальная энергия. Силы, действующие на жесткую систему зарядов во внешнем поле. Энергия взаимодействия зарядов и энергия электростатического поля. Магнитостатическое поле в вакууме 8. Уравнения магнитостатического поля в потенциалах. Векторный потенциал и индукция магнитостатического поля. Магнитное поле в дипольном приближении. Энергия системы движущихся зарядов во внешнем магнитном поле. Сила, действующая на систему. Плоские электромагнитные волны 9. Уравнение Максвелла и образование электромагнитных волн. Векторы напряженности и индукции плоской электромагнитной волны. Излучение электромагнитных волн Потенциалы электромагнитного поля вдали от системы зарядов. Понятие о волновой и квазистатической зонах. Рассеяние электромагнитных волн свободным зарядом Постановка вопроса о движении заряда в электромагнитном поле. Рассеяние электромагнитных волн свободным зарядом. Релятивистская ковариантность уравнений электродинамики Четырехмерный вектор плотности тока. Четырехмерная форма закона сохранения заряда. Ковариантность уравнений электромагнитного поля в потенциалах. Преобразование векторов напряженности и индукции электромагнитного поля при переходе от одной инерциальной системы к другой Преобразование векторов поля Е и В при переходе от одной инерциальной системы к другой. Эффект Доплера для электромагнитных волн. Усреднение уравнений микроскопического поля в веществе Свободные и связанные заряды. Усредненные уравнения поля для системы свободных и связанных зарядов. Уравнения Максвелла—Лоренца для микроскопического поля в электронной теории. Макроскопическое усреднение уравнений Максвелла—Лоренца. Уравнения Максвелла для поля в веществе Поляризация вещества в электрическом поле. Уравнения Максвелла для поля в веществе. Напряженность магнитного и индукция электрического полей. Магнитная и электрическая проницаемости вещества. Характерные особенности полей в веществе Уравнения поля в потенциалах. Энергия и импульс поля в веществе. Электростатическое поле в однородном диэлектрике. Электростатическое поле при наличии границ раздела в среде и разрывов непрерывности плотности зарядов. Проводники в электростатическом поле Энергия электростатического поля как энергия взаимодействия системы тел. Силы, действующие на тела в электростатическом поле. Уравнения Максвелла и законы постоянного тока Структура электрического поля постоянного тока. Стороннее поле и закон Ома в дифференциальной форме. Поле замкнутой цепи с постоянным током. Интегральный закон Ома для замкнутой цепи. Магнитное поле постоянных линейных токов Понятие о магнитостатике магнетиков. Энергия магнитного поля постоянных токов. Механические силы, действующие в магнитном поле. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Расчет тока в нелинейном проводнике скин-эффект. Электромагнитные волны в веществе Плоские волны в идеальном диэлектрике. Электромагнитные волны в однородной проводящей среде. Отражение и преломление электромагнитных волн на границе двух диэлектриков. Электромагнитная природа света Свет — электромагнитные волны. Геометрическая оптика как предельный случай волновой. Зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности поля. Понятие о нелинейной оптике. Границы применимости классической электродинамики в оптике.
Энциклопедия по машиностроению XXL
Расписание поездов аэроэкспресс внуково
Свободное электромагнитное поле
Кто рекламирует карту тинькофф платинум
Секреты экономии семейного бюджета