понеділок, 12 грудня 2016 р.

Рівняння Максвелла + конспект

 Рівняння Максвелла

Джеймс Клерк Максвелл
Через 2 століття після відкриття Ньютоном рівнянь руху матеріальних тіл геніальний англійський фізик Джеймс Клерк Максвелл отримав рівняння, які описують динаміку нової форми матерії – електромагнітного поля. Таким чином були повністю встановлені теоретичні основи класичної фізики.


Отже Максвел створив теорію електромагнітного поля, яка дозволила з єдиної точки зору пояснити електричні та магнітні явища. В її основі лежать чотири рівняння (рівняння Максвела в інтегральній формі).


1.Перше рівняння Максвелла


Максвелл узагальнив теорему Гауса для електростатичного поля. Він стверджував, що вона є справедливою для довільного електричного поля: як стаціонарного, так і для змінного.



Фізичний зміст: 
Електричний заряд – джерело потенціального електричного поля.


2. Друге рівняння Максвелла



Максвелл стверджував, що теорема Гауса є справедливою і для довільного магнітного поля.



Фізичний зміст: 
1. Магнітних зарядів в природі не існує. 
2. Не існує потенціального магнітного поля.


3. Третє рівняння Максвелла


Дане рівняння є узагальненням закону електромагнітної індукції Фарадея.



Фізичний зміст: 
Змінне магнітне поле породжує змінне вихрове електричне.


Це рівняння показує, що джерелами електричного поля можуть бути не тільки електричні заряди, але і змінні магнітні поля: в кожній точці простору, внаслідок зміни з часом індукції магнітного поля, утворюється вихрове електричне поле, напруженість якого  Е  лежить в площині, перпендикулярній В.



4. Четверте рівняння Максвелла

Мал 1. 
Закон електромагнітної індукції в трактуванні Максвелла

Мал. 2. Гіпотеза Максвелла: змінне електричне поле породжує магнітне поле

Це рівняння показує, що магнітні поля можуть створюватись як електричним струмом, так і змінним електричним полем. Змінний струм, на відміну від постійного, проходить через конденсатор; але цей струм неє за своєю сутністю струмом провідності; він називається струмом зміщення. 

Струм зміщення представляє собою змінне електричне поле; його густина 


Jзм = εε0dE/dt.



Фізичний зміст: 
Змінне магнітне поле породжується струмами провідності та змінним електричним полем.



Величини, що входять в рівняння Максвела зв’язані між собою співвідношеннями

Де ε00 – відповідно  електрична та магнітна сталі; ε,μ- діелектрична та магнітна проникності; σ – питома електропровідність.


ВИСНОВКИ


1. Взаємодія між зарядами здійснюється через електромагнітне поле; поділ на електричне та магнітне поле є доволі умовний, оскільки величини Е та В залежать від вибору інерціальної системи відліку (ІСВ).


2. Електромагнітне поле може існувати самостійно – без електричних зарядів та струмів.


3. Будь-яка зміна електромагнітного поля з часом супроводжується його зміною в просторі – тобто поширюється у просторі у вигляді електромагнітних хвиль.


4. Електромагнітні хвилі поширюються у вакуумі зі швидкістю с = 300 000 км/с. Швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі залежить від властивостей середовища



5.  Електромагнітні хвилі поглинаються провідниками.


6. Електромагнітні хвилі – поперечні (мал. 3). 
Сукупність змінних електричного та магнітного полів, що нерозривно зв’язані одне з одним, називається електромагнітним полем.

7. Вектори Е та В електромагнітної хвилі коливаються в однаковій фазі: Е = vB, тобто коливання векторів  Е  та  В відбуваються синфазно в часі і просторі, тобто  Е та  В одночасно досягають максимуму і одночасно перетворюються на нуль. 
 
Мал 3. 
Електромагнітні хвилі поперечні – вектори  Е та  В перпендикулярні один до другого і лежать в площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі 

8. Миттєві значення Е та Н зв’язані співвідношенням




9. Електромагнітні хвилі переносять енергію. Об’ємна густина енергії електромагнітної хвилі дорівнює сумі об’ємних густин енергії електричного  (wел)  і магнітного (wм)  полів:






Важливо

Можна показати, що  3 та 4 рівняння Максвела можна перетворити таким чином:


тобто вектори напруженостей  Е та  Н змінного електромагнітного поля задовольняють хвильовому рівнянню





Будь-яка функція, що задовольняє хвильовому рівнянню, описує деяку хвилю. 

Отже, з рівнянь Максвела випливає, що електромагнітне поле існує у вигляді електромагнітних хвиль.






Конспект




Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...