Тема 8. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
Согласно теории Максвелла для электромагнитного поля в случае нестационарных (то есть, изменяющихся во времени) электрического и магнитного полей, источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющееся во времени магнитное поле, а источниками магнитного поля могут быть либо движущиеся электрические заряды (электрические токи), либо переменное электрическое поле.
В отличие от стационарных полей переменные электрическое и магнитное поля не являются независимыми друг от друга и рассматриваются как электромагнитное поле.
Уравнения Максвелла,как система уравнений, описывающих природу происхождения и свойства электрического и магнитного полей в случае электромагнитного поля имеет вид:
I. , то есть циркуляция вектора напряженности электрического поля определяется скоростью изменения вектора индукции магнитного поля
(
- скорость изменения вектора индукции
).
Это уравнение показывает, что источниками электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и изменяющиеся во времени магнитные поля.
II. , то есть поток вектора электрического смещения
через произвольную замкнутую поверхность S , равен алгебраической сумме зарядов, заключенных внутри объема V, ограниченного данной замкнутой поверхностью S (r - объемная плотность заряда).
III. , то есть циркуляция вектора напряженности
по произвольному замкнутому контуру L определяется полным током Iполн., пронизывающим поверхность S, ограниченную данным контуром L.
- полный ток Iполн , складывающийся из тока проводимости I итока смещения Iсм., то есть Iполн. = I + Iсм. .
Суммарный ток проводимости I определяется в общем случае через поверхностную плотность тока j ( ) интегрированием, то есть
.
Ток смещения Iсм , пронизывающий поверхность S , определяется в общем
случае через поверхностную плотность тока смещения (
) интегрированием, то есть :
.
Введенное Максвеллом понятие «тока смещения», величина которого определяется скоростью изменения вектора электрического смещения , то есть величиной
, показывает, что магнитные поля могут возбуждаться не только движущимися зарядами (электрическими токами проводимости), но и переменными электрическими полями.
IV. , то есть поток вектора индукции
магнитного поля через произвольную замкнутую поверхность S равен нулю.
Таким образом, уравнения Максвелла для электромагнитного поля:
I. ; II.
;
III. ; IV.
.
Векторные характеристики электрического поля и
связаны между собой следующим соотношением:
.
Векторные характеристики магнитного поля и
связаны между собой следующим соотношением:
.
Кроме того, вектора плотности тока проводимости и напряженности
, фигурирующие в уравнениях Максвелла, также связаны между собой:
,
где – удельная проводимость вещества.
Уравнения Максвелла являются наиболее общими уравнениями для электрических и магнитных полей.
Тема 9. Электромагнитные колебания в колебательном контуре
Колебательный контур – это электрическая цепь, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R. В идеальном колебательном контуре считается, что сопротивление R пренебрежимо мало (R»0), что позволят в идеальном контуре(рис. 19),состоящем только изкатушки индуктивности и конденсатора, получитьнезатухающие электромагнитные колебания.
Рис. 19