Взаимные превращения электрического и магнитного полей

Электромагнитные волны. 9.1 Взаимные превращения электрических и магнитных полей

Взаимные превращения электрического и магнитного полей

9.1 Взаимные превращения электрических и магнитных полей

Остановимся на природе ЭДС в случае изменения магнитного потока за счет изменения вектора индукции магнитного поля (1-й способ). Из сказанного в разделе 6.1, мы знаем, электродвижущая сила в любой цепи возникает только в том случае, если в этой цепи на заряды действуют какие-либо сторонние силы, т.е.

силы не электростатического происхождения. Откуда следует, что чтобы возникла ЭДС, необходимо существование поля сторонних сил с напряженностью . Исходя из закона Ома в дифференциальной форме, плотность тока, возникающего в контуре, должна совпадать по направлению с напряженностью поля, т.к.

контур, по которому течет индукционный ток замкнутый, то силовые линии этого поля должны быть тоже замкнутыми. Значит, это поле будет отличаться от электростатического поля. Силовые линии электростатического поля всегда разомкнуты; они начинаются и заканчиваются на электрических зарядах (см. раздел 5.

3), и в соответствии с этим напряжение по замкнутому контуру в электростатическом поле всегда равно нулю. По этой причине электростатическое поле не может поддерживать замкнутое движение зарядов и, следовательно, не может привести к возникновению электродвижущей силы.

Возникшее поле, имеющее замкнутые силовые линии, получило название вихревого электрического поля. Источником вихревого электрического поля является переменное магнитное поле.

Таким образом, углубленное истолкование явления электромагнитной индукции приводит к следующему выводу, выражающему первое основное положение Максвелла: всякое изменение магнитного поля вызывает появление вихревого электрического поля.

Анализируя различные электромагнитные процессы, Максвелл пришел к заключению, что должно существовать и обратное явление:

всякое изменение электрического поля вызывает появление вихревого магнитного поля. Это утверждение является вторым основным положением теории Максвелла.

Поскольку магнитное поле есть обязательный признак всякого тока (см. раздел 7.1), то Максвелл назвал переменное электрическое поле током смещения, в отличие от тока проводимости, обусловленного движением заряженных частиц. Ток смещения должен измеряться в тех же единицах, что и ток проводимости, поэтому количественно ток смещения можно оценить следующим образом:

,

где поток вектора напряженности электрического поля. Таким образом, для получения магнитного поля не нужно иметь проводники с током. Магнитные и электрические поля могут существовать в пространстве в свободном состоянии, превращаясь одно в другое, причем эти поля взаимосвязаны. Совокупность взаимосвязанных электрического и магнитного полей называется электромагнитным полем.

9.2 Образование свободных электромагнитных волн

Рисунок 9.1

Распространяющееся в пространстве электромагнитное поле, в котором напряженность электрического и индукция магнитного полей изменяются по периодическому закону, называется электромагнитной волной.

Представим себе, что в некоторой точке О (см.рис.9.1) создано каким- либо образом электрическое поле . Если это поле не имеет источников его поддерживающих, то поле будет исчезать, но убывающее поле согласно Максвеллу вызывает магнитное поле , силовые линии которого направлены по часовой стрелке (глядя сверху на рисунке 9.1), т.к.

в среде не имеется постоянных токов, поддерживающих магнитное поле, то это последнее будет исчезать и вызовет вихревое электрическое поле . Силовые линии этого поля будут направлены против часовой стрелки. Поле уничтожит первоначальное поле в точке О, но зато проявится в соседней точке 1.

исчезая в точке 1, электрическое поле приведет к появлению магнитного поля , которое направлено как и поле . Поле уничтожит поле и обнаружится в более удаленной точке и т.д. Таким образом, вместо первоначального поля мы получим и электрическое и магнитное поле, взаимно связанные друг с другом и распространяющиеся в пространстве, т.е.

электромагнитную волну (см. рис.9.2) (вектор на рис. обозначен H).

Рисунок 9.2

Электромагнитную волну можно графически представить в виде двух синусоид, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях (см. рис.9.2). Одна синусоида отражает колебания вектора напряженности электрического поля, другая — вектора индукции магнитного поля. Вектор скорости распространения электромагнитной волны будет перпендикулярен векторам и (или )

,

.

Эти формулы выражают закон изменения электрического и магнитного полей в электромагнитной волне, распространяющейся в направлении х. Они называются уравнением электромагнитной волны, где с – скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |

24

| 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |

Источник: https://studall.org/all-69235.html

Взаимные превращения электрического и магнитного полей

Взаимные превращения электрического и магнитного полей

Допустим, что в какой — то точке $О$ в бесконечной непроводящей среде существует электрическое поле $\overrightarrow{E}$. Если нет источников поля в виде электрических зарядов, то это поле убывающее.

Согласно представлениям Максвелла, переменное поле $\overrightarrow{E}$ создает магнитное поле $\overrightarrow{H}$. Так как $\overrightarrow{E}$ убывает, то плотность тока смещения ($\overrightarrow{j_{sm}}$).

равная:

направлена против вектора $\overrightarrow{E}$, при этом линии индукции магнитного поля направлены по часовой стрелке (рис.1). Так как в среде отсутствуют постоянные токи, то магнитное поле ($\overrightarrow{H}$) будет так же, как и эклектическое поле — убывающим.

Изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле ($\overrightarrow{E_1}$). Линии напряженности данного поля направлены против часовой стрелки (рис.1). Вихревое электрическое поле $\overrightarrow{E_1}$ уничтожает начальное поле $\overrightarrow{E}$ в точке $O$, но появляется в соседней точке 1.

Уменьшаясь в точке 1, электрическое поле $\overrightarrow{E_1}$ порождает магнитное поле $\overrightarrow{H_1}$, которое имеет направление, совпадающее с направлением поля $\overrightarrow{H.

}$ Поле $\overrightarrow{H_1}$ уничтожит поле $\overrightarrow{H}$ в точке 1 и появится в точке, которая находится на некотором расстоянии. Уменьшаясь, данное магнитное поле рождает вихревое поле $\overrightarrow{E_2}$, которое в точке 1 уничтожит поле $\overrightarrow{E_1}$ в точке 1, но проявится в точке 2.

Так, вместо первоначального поля $\overrightarrow{E}$ мы получили электрическое и магнитные поля, которые связаны друг с другом и которые распространяются в пространстве, то есть имеем электромагнитную волну.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Рисунок 1.

Определение 1

Поля $\overrightarrow{E}\ и\ \overrightarrow{H}$ перпендикулярны друг другу, и оба поля перпендикулярны скорости распространения волны ($\overrightarrow{\ v}$).

Эти векторы связаны правилом правого винта, которое гласит: если вращать правый винт так, что его рукоятка перемещается по кратчайшему расстоянию от вектора $\overrightarrow{E}$ к вектору $\overrightarrow{H},$ то поступательное направление винта будет совпадать с направлением вектора скорости.

Роль теории Максвелла в классических представлениях об электромагнетизме

Количественное изучение электрических работ было начато в работах Кулона, который установил закон взаимодействия электрических зарядов (1785 г). Вплоть до 1820 г. электрические и магнитные явления рассматривались отдельно друг от друга, они не связывались между собой. В 1820 г.

Эрстед показал, что магнитное действие можно получить, используя электрический ток, что означает связь электричества и магнетизма. Ампер сделал заключение, что все магнитные явления в природе вызваны электрическими токами. Прорывным в теории электромагнетизма стало открытие Фарадеем закона электромагнитной индукции.

Кроме того, Фарадей показал значение среды в электрических явлениях, что опровергло теорию действия на расстоянии.

Анализируя различные электромагнитные процессы и явления, Максвелл пришел к выводу о том, что если любое переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, то должно существовать и обратное: любое изменение электрического поля заставляет появляться вихревое магнитное поле.

В работах Максвелла мысль о тесной взаимной связи электрических и магнитных явлений окончательно оформлена в виде двух основных положений:

  1. Всякое изменение магнитного поля порождает вихревое электрическое поле.

  2. Изменяющееся во времени электрическое поле порождает такое же магнитное поле, как вызывает ток проводимости с плотностью $\overrightarrow{j}$, который можно определить (1).

В строгой форме суть взаимных превращений представлена системой уравнений Максвелла. Теория электромагнетизма Максвелла стала завершающим этапом в развитии учения об электричестве и стала классическим представлением электромагнитного поля, которое содержит в общем случае электрическое и магнитное поля, связанные между собой и способные превращаться друг в друга.

При преобразовании полей от одной системы координат к другой электрическое и магнитное поля обуславливают друг друга.

Если в какой то системе координат присутствует неоднородное магнитное поле, то в другой системе координат оно становится переменным во времени и возникает электрическое поле.

Это является свидетельством того, что переменное электрическое поле является источником магнитного поля. Порождение магнитного поля переменным электрическим полем — фундаментальное явление.

Пример 1

Задание: Покажите, что переменное магнитное поле ($\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B(t)}$) не может существовать без электрического поля.

Решение:

Для доказательства, высказанного в условии предположения, используем уравнение из системы Максвелла в дифференциальном виде:

\[rot\overrightarrow{E}=-\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}\left(1.1\right).\]

Так как магнитное поле зависит от времени по условию задачи ($\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B(t)}$), то следует записать, что частная производная от вектора магнитной индукции по времени не равна нулю:

\[\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}e 0\left(1.2\right).\]

Из (1.2) следует, что:

\[rot\overrightarrow{E}e 0\ \left(1.3\right).\]

Выражение (1.3) означает, что отличен от нуля вихрь электрического поля, следовательно, переменное во времени магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.

Пример 2

Задание: В чем проявляется отсутствие симметрии систему уравнений Максвелла? Объясните, почему система уравнений Максвелла не симметрична относительно электрического и магнитного полей.

Решение:

Нарушение симметрии системы уравнений Максвелла проявляется в том, что источниками электрических полей служат электрические заряды и переменные магнитные поля.

Магнитные поля, в свою очередь, порождаются электрическими токами и переменными электрическими полями. Получается, что уравнения не являются симметричными относительно электрического и магнитного полей.

Это объясняется тем, что существуют электрические заряды, но магнитных зарядов пока не обнаружено.

https://www.youtube.com/watch?v=ADsP0VJS38Q

В свое время Дирак пытался получить симметрию электродинамических уравнений, что вынудило его предложить идею о существовании единичных магнитных полюсов или монополей (магнитных зарядов). С точки зрения теоретических построений эта гипотеза не противоречит логике.

Если бы она подтвердилась, то потребовались всего лишь некоторые обобщения уравнений Максвелла. К источникам магнитного поля следовало бы добавить магнитные заряды, а источниками электрического поля стали бы магнитные токи, которые порождались движением магнитных зарядов.

При этом уравнения Максвелла выполнялись бы только в тех пространственных областях, где нет магнитных зарядов и магнитных токов.

Однако множественные экспериментальные попытки не смогли обнаружить магнитных зарядов.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/uravneniya_maksvella/vzaimnye_prevrascheniya_elektricheskogo_i_magnitnogo_poley/

Взаимное превращение электрических и магнитных полей. Уравнения Максвелла

Взаимные превращения электрического и магнитного полей

(Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Связь между изменяющимся электрическим и вызываемым им магнитным полями. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме. Относительность электрических и магнитных полей. Электромагнитное поле в движущихся телах. Преобразования Лоренца. Значение теории Максвелла.)

Уравнения Максвелла.

Мы рассмотрели электрические колебания в колебательном контуре. В нем электрическое поле (поле внутри конденсатора, т.к.

мы рассматривали конденсатор с бесконечно большими пластинами) пространственно отделено от магнитного поля (поля внутри катушки индуктивности, так как мы рассматривали бесконечно длинный соленоид).

При этом, как мы видели, происходит взаимопревращение энергии электрического поля в энергию магнитного поля и наоборот.

Т.е. мы рассматривали переменные электрические и магнитные поля.

Посмотрим теперь, как записываются основные уравнения электромагнетизма с учетом изменения полей во времени.

Теорема Гаусса для электрического поля

Здесь ничего не изменится, если полагать, что заряды меняются с течением времени. Эти, так называемые уравнения электростатики, остаются без изменений ‑ уравнения (1.26), (1.27), (1.28):

(I)

Это, как отмечалось, одно из уравнений Максвелла в интегральной форме ‑ поток вектора электрической индукции через замкнутую поверхность равен сумме зарядов внутри этой поверхности.

Ему соответствует уравнение в дифференциальной форме

(I’)

Дивергенция вектора электрической индукции равна плотности электрических зарядов .

К этим уравнениям добавляют, так называемое, уравнение среды

(II)

Вектор электрической индукции равен произведению электрической постоянной на диэлектрическую проницаемость среды и на вектор напряженности электрического поля .

Кроме того, к этому уравнению среды добавляют еще одно уравнение среды (2.5), являющееся законом Ома в дифференциальной форме

(III)

Вектор плотности тока равен произведению электропроводности среды на вектор напряженности электрического поля .

Теорема Гаусса для магнитного поля

Эта теорема отражает тот факт, что в природе нет магнитных зарядов, магнитных униполей: (3.3), (3.4). Она без изменений переходит в систему уравнений Максвелла.

(IV)

Уравнение Максвелла в интегральной форме ‑ поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю.

Аналогично, существует дифференциальная форма этого уравнения

(IV’)

Дивергенция вектора магнитной индукции равна нулю.

К этим уравнениям также добавляется уравнение среды

(V)

Вектор магнитной индукции равен произведению магнитной постоянной , на магнитную проницаемость среды и на вектор напряженности магнитного поля .

Циркуляция вектора электрического поля

Мы уже отмечали тот факт, что электростатическое поле потенциально, поэтому его циркуляция по замкнутому контуру равна нулю (1.12), (1.13):

Здесь ‑ напряженность электростатического поля, т.е. поля, создаваемого неподвижными зарядами. Но электрическое поле может создаваться в частности, как мы видели, и меняющимся во времени магнитным полем. Опытным обоснованием этого факта есть явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции имеет вид (3.29)

Здесь ‑ ЭДС, возникающая в замкнутом контуре, ‑ изменение магнитного потока, пронизывающего этот контур за промежуток времени .

С другой стороны ЭДС индукции можно записать как циркуляцию вектора напряженности сторонних сил по контуру

Далее, выражение для магнитного потока запишем в виде

Производная по времени от магнитного потока будет выражаться как

Тогда закон электромагнитной индукции будет иметь вид

Далее, будем рассматривать полный вектор . В этом случае

(VI)

Это есть уравнение Максвелла в интегральной форме ‑ циркуляция вектора напряженности электрического поля по замкнутому контуру равна производной по времени от потока магнитной индукции .

Ему также соответствует уравнение в дифференциальной форме

(VI’)

Ротор вектора напряженности электрического поля равен производной по времени от вектора индукции магнитного поля, взятой с обратным знаком.

Циркуляция вектора магнитного поля

Согласно теореме о циркуляции (3.13), (3.14), можно записать

Используя связь , запишем

Таковы опытные факты, которые мы изучили.

Ток смещения

Мы видели, что изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует вихревое электрическое поле . Максвелл предположил, что и меняющееся во времени электрическое поле индуцирует вихревое магнитное поле . Причем закон их связи аналогичен уравнению (VI)

Это свое предположение он обосновывал, изучая прохождение переменного тока через конденсатор. В самом деле, между обкладками конденсатора находится диэлектрик, т.е. изолятор. Постоянный ток через конденсатор не проходит, переменный ‑ проходит!

В переменном поле происходит лишь смещение связанных зарядов диэлектрика от положения равновесия в обе стороны и получается как бы прохождение тока, аналогично постоянному току.

Поэтому ток через конденсатор называют током смещения. Найдем выражение для плотности тока через конденсатор, т.е. для тока смещения.

Таким образом ‑ .

С другой стороны, напряженность поля внутри конденсатора равна

Следовательно ‑ .

Максвелл предположил, что ток смещения обладает всеми свойствами тока проводимости и, в частности, создает магнитное поле

Тогда, записывая, что плотность тока равна сумме плотности тока проводимости и плотности тока смещения ‑ , циркуляцию магнитного поля можно записать в виде

Обычно никогда не пишут или , а просто и .

Таким образом, окончательное выражение для циркуляции магнитного поля будет иметь вид

(VII)

Это ‑ последнее уравнение Максвелла в интегральной форме ‑ циркуляция вектора магнитного поля по замкнутому контуру равна сумме токов проводимости и токов смещения, охватываемых этим контуром.

Этому уравнению соответствует дифференциальная форма

(VII’)

Таким образом, мы получили все четыре уравнения Максвелла в интегральной форме:

Этим четырем уравнениям в интегральной форме соответствуют четыре уравнения в дифференциальной форме:

К этим четырем уравнениям добавляют еще три уравнения среды:

Эти уравнения образуют замкнутую систему уравнений электромагнитного поля и описывают все многообразие электромагнитных процессов известного нам реального мира. Так мы от опытных, частных законов ‑ закон Кулона, закон Био-Савара, закон э/м индукции ‑ пришли к обобщенным уравнениям электромагнитного поля.

Источник: https://studopedia.su/2_59486_vzaimnoe-prevrashchenie-elektricheskih-i-magnitnih-poley-uravneniya-maksvella.html

Ток смещения

Анализируя различныеэлектромагнитные процессы, Максвеллпришел к выводу, что должно существоватьи обратное явление:

Всякое изменениеэлектрического поля вызывает появлениевихревого магнитного поля.

Это утверждениеявляется вторым основным положениемтеории Максвелла.

Так как магнитноеполе – это основной обязательный признаклюбого тока, то Максвелл назвал переменноеэлектрическое поле током смещения, вотличие от тока проводимости, обусловленногодвижением заряженных частиц.

Понятие токасмещения можно пояснить на следующемпримере. Если включить конденсатор вцепь постоянного тока, то тока в цепине будет, за исключением кратковременногозарядного тока в начальный моментвремени. Т.е., для постоянного тока цепьразомкнута конденсатором. Если жеконденсатор включить в цепь переменноготока, то в этом случае в цепи будетпротекать переменный ток.

Следовательно, вотличие от постоянного тока изменяющиесяили переменные токи могут существоватьи в разомкнутых контурах. При этом всякийраз, когда в разомкнутом контуре имеетсяток, между обкладками конденсатораимеется изменяющееся электрическоеполе или ток смещения. Таким образом,токи проводимости в проводникахзамыкаются токами смещения в диэлектрике.

Электрическоеполе в конденсаторе создает такое жемагнитное поле, как и ток проводимостив подводящих проводниках. Это позволяетустановить количественную связь междуизменяющимся электрическим полем исоздаваемым им магнитным полем.

Когда конденсаторзаряжен, между его пластинами существуетэлектрическое поле .Если заряд на пластинах конденсатораизменяется, то в цепи будет протекатьток.

Левая часть этого равенства характеризуетток проводимости в цепи, а праваяпоказывает скорость измененияэлектрического поля между пластинамиконденсатора и называется током смещения.Величинаназывается плотностью тока смещения.

Переменноеэлектрическое поле вызывает такое жемагнитное поле, как и ток проводимостис плотностью равной jсм.

Так как электрическоеполе может зависеть не только от времени,но и от координат, то выражение дляплотности тока смещения записываетсякак частная производная -это означает, что магнитное поле зависитот быстроты изменения индукцииэлектрического поля в каждой точкеполя.

Направлениемагнитного поля зависит от того,увеличивается или уменьшаетсяэлектрическое поле (определяется поправилу буравчика).

↑↓

Если в проводникеимеется переменный ток, то внутрипроводника существует переменноеэлектрическое поле. Поэтому внутрипроводника имеются и ток проводимостии ток смещения. И магнитное поле проводникаопределяется их суммой jполн= j + jсм= j + .В зависимости от электропроводностисреды и быстроты изменения поля этислагаемые играют разную роль.

В хорошо проводящихвеществах и при низких частотах основнуюроль играет ток проводимости. В плохопроводящих средах и при высоких частотахосновную роль играет ток смещения.

В разомкнутыхконтурах на концах проводника обрываетсялишь ток проводимости. В диэлектрикемежду концами проводника имеется токсмещения, который замыкает токпроводимости. Поэтому если подэлектрическим током понимать полныйток, то в природе все электрические токизамкнуты.

Магнитное полеопределяется полным током. По теоремео циркуляции

первое слагаемое– ток проводимости i. Во втором слагаемомможно изменить последовательностьинтегрирования и дифференцирования. , N – поток вектора электрическогосмещения.+.

Источник: https://studfile.net/preview/2258594/page:24/

2.6. Электромагнитные волны

Взаимные превращения электрического и магнитного полей


Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году.

Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Он обратил внимание на ассиметрию взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями.

Максвелл ввел в физику понятие вихревого электрического поля и предложил новую трактовку закона электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1831 г.:

Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты.

Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса:

Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

Рис. 2.6.1 и 2.6.2 иллюстрируют взаимное превращение электрического и магнитного полей.

Рисунок 2.6.1.Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла
Рисунок 2.6.2.Гипотеза Максвелла. Изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле

Эта гипотеза была лишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения, однако на ее основе Максвеллу удалось записать непротиворечивую систему уравнений, описывающих взаимные превращения электрического и магнитного полей, т. е. систему уравнений электромагнитного поля (уравнений Максвелла). Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:

1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 2.6.3).

Рисунок 2.6.3.Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы , и взаимно перпендикулярны

2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью

Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные: ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м, μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м.

Длина волны λ в синусоидальной волне свявзана со скоростью υ распространения волны соотношением λ = υT = υ / f, где f – частота колебаний электромагнитного поля, T = 1 / f.

Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):

Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных.

Вывод Максвелла о конечной скорости распространения электромагнитных волн находился в противоречии с принятой в то время теорией дальнодействия, в которой скорость распространения электрического и магнитного полей принималась бесконечно большой. Поэтому теорию Максвелла называют теорией близкодействия.

3. В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: wэ = wм.

Отсюда следует, что в электромагнитной волне модули индукции магнитного поля и напряженности электрического поля в каждой точке пространства связаны соотношением

4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S (рис. 2.6.3), ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная

Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади:

Подставляя сюда выражения для wэ, wм и υ, можно получить:

Поток энергии в электромагнитной волне можно задавать с помощью вектора направление которого совпадает с направлением распространения волны, а модуль равен EB / μμ0. Этот вектор называют вектором Пойнтинга.

В синусоидальной (гармонической) волне в вакууме среднее значение Iср плотности потока электромагнитной энергии равно

где E0 – амплитуда колебаний напряженности электрического поля.

Плотность потока энергии в СИ измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).

5. Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело.

Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества.

Эта сила и создает результирующее давление. Обычно давление электромагнитного излучения ничтожно мало. Так, например, давление солнечного излучения, приходящего на Землю, на абсолютно поглощающую поверхность составляет примерно 5 мкПа.

Первые эксперименты по определению давления излучения на отражающие и поглощающие тела, подтвердившие вывод теории Максвелла, были выполнены П. Н. Лебедевым в 1900 г. Опыты Лебедева имели огромное значение для утверждения электромагнитной теории Максвелла.

Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс.

Импульс электромагнитного поля в единичном объеме выражается соотношением
где wэм – объемная плотность электромагнитной энергии, c – скорость распространения волн в вакууме.

Наличие электромагнитного импульса позволяет ввести понятие электромагнитной массы.

Для поля в единичном объеме

Отсюда следует:

Это соотношение между массой и энергией электромагнитного поля в единичном объеме является универсальным законом природы. Согласно специальной теории относительности, оно справедливо для любых тел независимо от их природы и внутреннего строения.

Таким образом, электромагнитное поле обладает всеми признаками материальных тел – энергией, конечной скоростью распространения, импульсом, массой. Это говорит о том, что электромагнитное поле является одной из форм существования материи.

6. Первое экспериментальное подтверждение электромагнитной теории Максвелла было дано примерно через 15 лет после создания теории в опытах Г. Герца (1888 г.).

Герц не только экспериментально доказал существование электромагнитных волн, но впервые начал изучать их свойства – поглощение и преломление в разных средах, отражение от металлических поверхностей и т. п.

Ему удалось измерить на опыте длину волны и скорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равной скорости света.

Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла. Через семь лет после этих опытов электромагнитные волны нашли применение в беспроводной связи (А. С. Попов, 1895 г.).

7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. В современной радиотехнике излучение электромагнитных волн производится с помощью антенн различных конструкций, в которых возбуждаются быстропеременные токи.

Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p (t) которого быстро изменяется во времени.

Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ (рис. 2.6.4).

Рисунок 2.6.4.Элементарный диполь, совершающий гармонические колебания

Рис. 2.6.5 дает представление о структуре электромагнитной волны, излучаемой таким диполем.

Рисунок 2.6.5.Излучение элементарного диполя

Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя. Вдоль своей оси диполь не излучает энергии. Герц использовал элементарный диполь в качестве излучающей и приемной антенн при экспериментальном доказательстве существования электромагнитных волн.




Лучшие школы, лагеря, ВУЗы за рубежом
Вулкан
Официальный сайт
vulcanzerkalo.ru
Математика, Английский язык, Химия, Биология, Физика, География, Астрономия.
А также: online подготовка к ЕГЭ на College.ru, библиотека ЭОРов и обучающие программы на Multiring.ru.

Источник: https://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter2/section/paragraph6/theory.html

Взаимное превращение электрического, гравитационного и магнитного полей

Взаимные превращения электрического и магнитного полей
Магнитогравитация электрического пространства-времени

4.4. Взаимное превращение электрического, гравитационного и магнитного полей

Электрические заряды не реагируют на гравитационное поле, для гравитационных зарядов электрический эфир является гравитационным вакуумом. Непосредственно два поля различной природы не взаимодействуют. Однако взаимное изменение двух полей в пространстве или во времени образует магнитное поле.

Магнитное поле неизменный спутник пересекающихся подпространств-времени. Области объединенного континуума, где присутствуют и те, и другие заряды, непременно очерчены вихревым магнитным полем.

Справедливо и обратное утверждение: присутствие магнитного поля в какой-либо области замкнутого пространства-времени говорит о перераспределении зарядов иной природы, о наличии объединенного континуума. Магнитное поле образуется в результате изменения как электрического поля в гравитационном континууме, так и гравитационного в эфире электрическом.

Частицы, обладающей как тем, так и другим зарядом, перемещающейся в свободном от вещества объединенном эфире (гравитационном и электрическом положительного знака) со скоростью v, образуют магнитное поле B согласно закону Био-Савара-Лапласа:

 .

(36)

Коэффициенты пропорциональности  и  принимают различные значения в зависимости от плотности соответствующего подпространства-времени. На образование новой субстанции затрачивается энергия основного континуума.

Чем больше напряженность магнитного поля, тем сильнее искривляется эфир, что демонстрирует соответствующий коэффициент. Ускоренное перемещение зарядов любой природы не только искривляет исходное пространство-время, но и возбуждает эфирные волны объединенного континуума.

Искажения эфира распространяются со скоростью света по всему замкнутому объему.

В гравитационном пространстве-времени двойной природы, подобном нашему, магнитное поле возникает не только вокруг потока частиц заряженных электрически, его также образуют перемещающиеся электрически нейтральные гравитационные массы.

В зависимости от знака электрического эфира, магнитное поле гравитационных масс приобретает то или иное направление, частицы одного типа приобретают различный магнитный момент.

Магнитное поле частиц, несущих и тот, и другой заряд, может компенсироваться или складываться в зависимости от знака электрического и гравитационного заряда, а также знака фонового эфира.

На заряды, перемещающиеся в объединенном эфире, со стороны магнитного поля действует сила Лоренца.

В зависимости от типа частиц, обладающих и электрическим, и гравитационным зарядами того или иного знака, в подпространствах различной природы и знака, сила Лоренца действуют в различных направлениях с различной интенсивностью. В случае сочетания гравитационного и электрического эфира положительного знака можно записать:

 .

(37)

4.5. Уравнения Единой теории поля

Если в локальной области объединенного континуума потенциал какой-либо природы является доминирующим (плотности подпространств не равны), то там существует излучение, которое имеет характер электромагнитогравитационной волны.

Электрическое и гравитационное поля изменяются в направлении, определенном знаком эфира противоположной природы. Для каждой локальной области уравнения Максвелла имеют различный вид в зависимости от знака и природы сочетающихся полей.

Соответственно, по-разному происходит искривление основного эфира и перераспределение его энергии.

Для гравитационного пространства-времени, искривленного положительным электрическим полем уравнения Максвелла имеют вид суперпозиции (25) и (33):

(38)

Магнитное поле является связующим звеном двух полей, универсальной субстанцией, общей для того и другого эфира, объединяющей два пересекающихся континуума.

Изменение магнитного поля в объединенном эфире приводит к возникновению как электрического, так и гравитационного полей, в соответствии с плотностью эфира противоположной природы.

Искривление локальной области положительным электрическим и гравитационным полем увеличивает напряженность магнитного поля в различных направлениях. При равенстве  и  магнитная составляющая колебаний полностью компенсируется.

В локальной области Галактики нашего пространства-времени, искривленного отрицательными электрическими зарядами, уравнения Максвелла имеют вид:

(39)

В эфире различной природы и знака образуется суммарное магнитное поле. Однако при увеличении плотности электрического эфира значение гравитационной постоянной электрического подпространства приближается к электрической проницаемости эфира , увеличиваются потери энергии. Когда напряженности электрического и гравитационного полей сравниваются, магнитное поле исчезает.

Аналогично выглядят системы для остальных сочетаний эфира различной природы и знака. В каждом из четырех пространств-времени существуют одновременно две системы уравнений единой теории поля.

В любой области гравитационного пространства или антипространства-времени волновое уравнение электромагнитогравитационного взаимодействия имеет вид:

(40)

При возмущении исходного эфира полем иной природы часть энергии основного континуума тратится на образование магнитного поля и распространяется в виде излучения. Магнитное поле стремится скомпенсировать возмущение, перераспределяя энергию между полями.

Световые колебания в пространственно-временном континууме двойной природы имеют две составляющие: электромагнитную и магнитогравитационную. Та и другая составляющая единых электромагнитогравитационных колебаний в объединенном эфире имеет различную амплитуду, зависящую от величины потенциала противоположной природы.

Амплитуда электромагнитных колебаний определяется гравитационным потенциалом, магнитогравитационных-электрическим.

Увеличение в любой области замкнутого пространства-времени напряженности поля противоположной природы приводит к сокращению интенсивности излучения. В процессе распространения колебаний через объединенный континуум интенсивность всегда уменьшается независимо от знака того и другого поля, создается впечатление сильного поглощения.

Потери интенсивности тем больше, чем меньше разность электрического и гравитационного потенциалов, чем больше время распространения сигнала в искривленной области. Эти области воспринимаются в виде образований, заполненных сильно поглощающей материей.

При равенстве потенциалов того и другого поля магнитная составляющая равна нулю, распространение колебаний не возможно.

Такая ситуация возникает в переходной области между двумя пространствами-времени электрической и гравитационной природы.

Как в случае границы между пространством и антипространством-временем одной природы, так и в случае двух пространств различной природы, но одной плотности, становится невозможным распространение света.

Если в первом случае потенциалы полей одинаковой природы компенсируются, уничтожая само пространство-время, то во втором — излучение исчезает вместе с магнитным полем.

Уравнения Максвелла для объединенного эфира, определяют все виды взаимодействия материи. Интенсивность каждого из них определяется кривизной рассматриваемой локальной области, напряженностью и знаком электрического и гравитационного поля.

Эти уравнения описывают не только распространение излучения, они устанавливают закономерности, по которым происходят эволюционное развитие самих пространств-времени, взаимное превращение континуумов электрической и гравитационной природы, непрерывное преобразование энергии эфирообразующего потенциала.

Все процессы, происходящие в замкнутом объеме, подчиняются периодическому закону уравнений единой теории поля. Смена природы континуума самих замкнутых пространств-времени также происходит периодически в соответствии с уравнениями единой теории поля.

Список литературы

А. Эйнштейн, Собрание научных трудов – Наука, Москва (1966), т. 2, стр. 279.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sciteclibrary.ru

Магнитогравитация электрического пространства-времени

… представляют собой проявление одного и того же фундаментального принципа. Эйнштейн опередил свое время.

В то время, когда он жил, еще не было известно сильное и слабое взаимодействие, поэтому он так и не смог выстроить Единую Теорию Поля.

Больше того, его поиски в то время были мало понятны большинству физиков — почти все из них были озабочены разработкой новой дисциплины — квантовой механикой. …

… . Более того, до сих пор ещё не доказана самосогласованность процедуры устранения бесконечностей в теории Гейзенберга.

Вместе с тем количественные результаты, полученные в этой теории, кажутся обнадёживающими и общая программа нелинейной Единой теории поля продолжает считаться перспективной.

Таким образом, Единая теория поля ещё не построена. Однако неразрывная связь между всеми частицами, …

… слабого взаимодействия являются вионы — частицы с массой, примерно в 100 раз большей массы протонов и нейтронов.

(9) К настоящему моменту единая теория описания взаимодействий ещё не разработана до конца, но большинство учёных склоняются к образованию Вселенной в результате Большого взрыва: в нулевой момент времени Вселенная возникла из сингулярности, то есть из точки с нулевым объемом и …

… . Проблема получения максимального гравитационного поля связана с малой емкостью развернутых Т-образных или плоскоцилиндрических конденсаторов. 9.

Наглядно демонстрирует закономерности электромагнитогравитационного взаимодействия электромагнитогравитационный конвертор, основанный на эффекте Серла.

Подробное описание эксперимента рассмотрено статье Владимира Рощина и Сергея Година. На первом …

Источник: https://www.KazEdu.kz/referat/63889/6

Booksm
Добавить комментарий