Электромагнитная картина мира

 

 

Создателем электромагнитной теории является английский физик

Д.Максвелл (1831-1879). Основой теории является понятие поля (ранее

в ньютоновской механике рассматривались лишь вещества в виде тел ). Теория Максвелла явилась обобщением важнейших законов, описы- вающих электрические и электромагнитные явления: теоремы Остро- градского- Гаусса, закона полного тока, закона элетромагнитной индук- ции Фарадея.

 

 

I-ое уравнение Максвеллаявляется обобщением закона электро-

магнитной индукции Фарадея:

 

òEdl

L

=-dF

dt .

Это уравнение показывает, что переменное магнитное поле неиз-

бежно порождает вихревое индуктированное электрическое поле.

 

 

II- ое уравнение Максвеллаявляется обобщением закона полно-

го тока :

 

 

k

òHd l =å I .

L k

Это уравнение показывает, что циркуляция вектора напряженно- сти магнитного поля по произвольному замкнутому контуру L равно ал- гебраической сумме макротоков и тока смещения сквозь поверхность, натянутую на этот контур.

III- ье уравнение Максвеллаявляется обобщением теоремы Ост-

роградского- Гаусса для электрического поля:

òDd S

S

=åq k .

k

Это уравнение показывает, что поток электрического смещения электростатического поля сквозь любую замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, охватываемых этой поверхностью.

Заряды могут быть свободными и связанными. Cвязанными назы-

ваются заряды, входящие в состав атомов и молекул, заряды ионов в кристаллических диэлектриках. Свободными зарядами являются заряды

носителей тока в проводящих средах ( электроны проводимости, дырки,

ионы ) или избыточные заряды, сообщенные телу извне и нарушающие его электронейтральность ( например, статическое электричество ).

 

 

IV- ое уравнение Максвеллаявляется обобщением теоремы Ост-

роградского- Гаусса для магнитного поля:

òBdS=0.

S

Это уравнение показывает, что поток ветора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность S равен нулю.

 

 

Теория Максвелла позволила создать единую связанную электро- магнитную картину мира. Электрические и магнитные свойства среды в теории характеризуются тремя величинами: относительной диэлектри- чес-кой проницаемостью, относительной магнитной проницаемостью, удель-ной электрической проводимостью, которые предполагаются из- вестными из опыта.

Теория Максвелла- макроскопическая, т.е. в ней изучаются элек-

тромагнитные поля таких систем покоящихся и движущихся электриче- ских зарядов, пространственная протяженность которых на много по- рядков больше размеров атомов и молекул ( так называемые макроско- пические поля ).

Макроскопические заряды и токи являются совокупностями микро- скопических зарядов и токов, создающих свои электрические и магнит- ные микрополя, непрерывно изменяющиеся в каждой точке пространст-

ва с течением времени. Макроскопические поля, рассматриваемые в теории Максвелла, являются усредненными микрополями. Усреднение микрополей производится по интервалам времени, значительно боль-

шим, чем периоды внутриатомных процессов, и по объемам полей, во много раз превосходящим объемы атомов и молекул. Электрические и магнитные взаимодействия, осуществляемые посредством электромаг-

нитного поля, распространяются с конечной скоростью, равной скорости света в данной среде ( принцип близкодействия).

И, наконец, сравнивая вещество и поле, следует отметить их прин- ципиальные отличия: вещество дискретно, имеет конечное число степе- ней свободы; поле же непрерывно, число его степеней свободы беско- нечно.