Электромагниттік ріс шін Максвелл теориясыны негіздері.

йынды электр рісі. Ыысу тогы. Фарадейді заы бойынша кез-келген тйы контур арылы тетін магнит аыны згерсе, ол контурда индукциялы ток пайда болады. Олай болса, контурда э..к. ( ) болады. Тізбектегі э..к. тек бгде кш механикалы, жылулы процесстермен байланысты еместігін крсетеді. Бл бгде кштерді тууына себепші болып отыран, контурдаы айнымалы магнит рісі. Біра айнымалы магнит рісі контурда здігінен ток туыза алмайды, себебі магнит рісі озалмайтын зарядтара сер етпейді. 1831 жылы Фарадей ашан электромагниттік индукция былысын тере зерттей отырып Максвелл мынадай болжам айтты: магнит рісіні кез келген згерісі оршаан кеістікте йынды электр рісін туызады.

Осы болжам бойынша контурдаы э..к. айнымалы магнит рісін тудыран, ал ол айнымалы электр рісін туызады. Сонда айнымалы магнит рісі тудыран, айнымалы электр рісіні контурдаы циркуляциясы:


(3.52)

 

мндаы - векторыны баытындаы проекциясы. Осы тедікке магнит аыныны мына мнін ойса, онда (3.52) былай жазылады:

(3.53)

Осы формуладан магнит рісі тудыран, айнымалы электр рісіні (EB)тйы контур бойындаы циркуляциясы нолге те емес екен. Бл біріншіден табиаттаы магниттік зарядты жо екенін, екіншіден айнымалы электр рісіні йынды ріс екенін крсетеді. Сондытан айнымалы электр рісін, йынды электр рісі деп атайды. Сонымен, электр рісін электр зарядтары жне айнымалы магнит рісі тудырады. Ал магнит рісін тек озалыстаы зарядталан блшектер ана тудыратыны белгілі. Магниттік зарядтар жо деген пікір — Максвелл идеяларыны бірі.

Айнымалы электр рісі з кезегінде не себепті магнит рісін тудыратын кері процесті жзеге асыра алмайды? Максвелл ылыми крегенділікпен бндай процесті табиатта бар екеніне кміл сенді. Бл тжырыма ол Ампер заын жинатап, орытындылау масатында жргізген зерттеу жмыстарынан со келді.

Максвелл диэлектрикпен толтырылан конденсаторды астарларын ткізгіш арылы осанда байалатын разрядты зерттеген (3.22-сурет). Конденсаторды траты ток кзіне осса, бл системада ток болмайды. Себебі конденсаторды астарлары арасынан ток жрмейді. Ал егер конденсаторды айнымалы ток кзіне осса. Онда системада ток болады. Себебі конденсаторларды астарларында айнымалы электр рісі болады, ол з кезегінде айнымалы магнит рісін туызады. ріс бар жерде ток болады, сйтіп конденсаторларды астарлары арылы ток жреді. Осы токты ыысу тогы дейді. Ыысу тогыны тыыздыы, ткізгіштік тогыны тыыздыымен бірдей болады.

.

 

 

 

3.22-сурет

мнда - конденсаторлар астарларындаы зарядты беттік тыыздыы. S- конденсатор астарларыны ауданы.

Сонымен:

(3.54)

Ыысу векторы:

.

Конденсаторды астары арасындаы рісті кернеулігі

;

;

(3.55)

 

3.23,а-суретте крсетілгендей конденсаторды астарларын осатын ткізгіш арылы зарядтау кезінде, ток о астардан сол астара арай жреді; конденсаторда ріс кшейеді, D вектры уаыт бойынша артады, .

а) б)

3.23-сурет

яни мен векторлары баыттас, сонда мен j векторлары баыттас болады. Ал енді 3.23,б-суретте крсетілгендей конденсаторды астарларын осатын ткізгіш арылы разрядтау (токтан айыру) кезінде, ток солдан оа арай жреді. Конденсаторда ріс лсірейді. D вектры уаыт бойынша азаяды, . мен векторлары арама арсы баытта болады. Біра, мен j баыттас.

Сонымен системадаы толы ток жне ыысу тогы деп ыысу векторыны згеру жылдамдыын айтамыз ). Ыысу тогы ымын енгізуден кейін кез келген электр тогын тйыталан деп арастыруа болады, оны толы ток деп атайды:

(3.56)

мндаы -электр рісіні кернеулігі, -диэлектрикті поляризация векторы. Бірінші осылыш вакуумдегі ыысу тогыны тыыздыы, ал екінші осылыш поляризация кезіндегі ыысу тогыны тыыздыы болады. (3.56) рнекті былай жазуа болады:

IТ=I+IЫ

Максвелл H векторыны циркуляциясыны жалпыланан теоремасын енгізді:

(3.57)

Максвелл тедеулері. ткен асырды 60-шы жылдары Максвелл электр жне магнит рістері туралы Фарадей идеяларыны негізінде кптеген эксперименттеріні нтижелерін орыта келе электромагниттік рісті бірыай теориясын ашты. Максвелл ыысу тогын ашаннан кейін зіні электромагниттік теориясын тжырымдап, оны мынандай трт тедеу арылы берді.

 

Максвелл тедеулеріні интегралды трі:

1.

Бл тедеу электр рісіні кзі зарядталан блшектермен атар айнымалы магнит рісінде болатынын крсетеді.

2.

Бл тедеу магнит рісіні кзі, ток пен атар, айнымалы электр рісі де бола алатындыын крсетеді.

3. , .

Бл тедеу диэлектриктегі электостатикалы ріс шін Гаусс теоремасы.

4.

Бл біріншіден, векторы шін Гаусс теоремасы. Екінші жаынан, бл тедеу табиатта магниттік заряд жо екенін крсетеді.

 

Электрлік былыстарды толы сипаттау шін, Максвеллді макроскопиялы тедеулерімен атар Лоренцті мынандай ш тедеуін пайдаланылады:

, ,

Бл тедеулерді Лоренцті материалды тедеулері дейді. Ол тедеулер электрлік былыстарды механизмін тсіндіруге пайдаланылады.

Максвелл тедеулері электр жне магнит рістеріне атынасты симметриялы емес. Статционар ріс шін

, , ,

Бл жадайда электр рісі мен магнит рісі бір-біріне туелді емес. Электр рісіні кзі тек зарядтар, магнит рісіні кзі тек ток болады. Векторлы анализдегі Стокс, Гаусс теоремаларын пайдаланып,

Максвелл тедеулеріні дифференциалды трін былай жазуа болады:

, , ,

Кеістікте заряд пен токтар біралыпты орналасса, онда Максвелл тедеулеріні интегралды жне дифференциалды трлерін бірдей пайдалануа болады. Ал, кеістікте заряд пен токтарды орналасуы біртекті болмаса, онда интегралды трі олданылады. Максвелл тедеулері электромагнит шін, механикадаы Ньютон тедеулеріндей роль атарады. Электр рісі мен магнит рісі бірігіп электромагниттік ріс тзеді. Электромагниттік вакуумде таралу жылдамдыы . Максвеллді электромагниттік теориясыны дрыстыын тжірибе арылы неміс физигі Герц длелдеді.

Максвеллді электромагниттік теориясыны лкен орытындысы: жары дегеніміз электромагниттік толын деген тжырымы. Максвелл тедеулері Галлилей трлендірулеріне баынбайды, Лоренц трлендіруіне де баынбайды. Электр жне магнит рістері дегеніміз салыстырмалы ымдар. ай системада арауына байланысты бір ріс бірде электр, бірде магнит рісі бола алады. Максвелл тедеулері инерциялы системаларда инвариантты.