Читайте также:
|
Как известно1, электромагнитные поля определяются путём задания в каждой точке пространства четырёх векторов:
а) вектора напряжённости электрического поля 
;
б) вектора напряжённости магнитного поля 
;
в) вектора электрического смещения 
;
г) вектора магнитной индукции 
.
Эти векторы не являются независимыми. Попарно векторы 
, а также 
связаны друг с другом с помощью материальных уравнений. Наиболее простой вид материальные уравнения имеют для однородных изотропных сред, относительные значения диэлектрической 
и магнитной 
проницаемостей которых имеют постоянные значения для любой точки наблюдения электромагнитного поля:
| (1.1a) |
Вектора 
в общем случае зависят как от координат точки наблюдения 
так и от времени 
и могут быть найдены из системы уравнений Максвелла, решениями которой они являются:
| (1.1b) |
В этих уравнениях: 
- коэффициент удельной электропроводности среды, в которой рассматривается электромагнитное поле, 
- напряженность электрического поля сторонних источников, 
- объемная плотность сторонних электрических зарядов; 
- плотность токов проводимости.
В дальнейшем будем называть сторонними токами, такие токи, которые вызываются электрическими полями 
сторонних источников, причём, их плотность 
может быть вычислена по формуле: 
.
Отметим, что для полей независящих от времени 
. В этом случае система (1.1b) распадается на две независимые системы: а) систему уравнений электростатики, определяющую постоянные во времени поля 
, и б) систему уравнений магнитостатики, определяющую постоянные во времени поля 
.
Для электромагнитных полей, зависящих от времени из системы уравнений Максвелла (1.1b) следует взаимосвязь изменения их электрических и магнитных полей. Наиболее просто в этом убедиться, если рассматривать зависящее от времени электромагнитное поле в среде, в которой нет сторонних зарядов, сторонних токов, плотность которых может быть вычислена по формуле 
, и отсутствует проводимость (
).
Таким условиям соответствует электромагнитное поле в вакууме, в котором отсутствуют источники сторонних токов и зарядов. Очень близкими свойствами обладает сухой воздух, проводимостью которого в обычных условиях можно пренебречь.
В этом случае первые два уравнения системы (1.1a) связывают между собой изменение в пространстве и времени электрического и магнитного полей. Отсюда следует основное свойство зависящих от времени электромагнитных полей, состоящее в согласованности изменения электрического и магнитного поля.
Так, при изменении во времени электрического поля возникает изменяющееся в пространстве переменное магнитное поле, которое приводит к появлению меняющегося в пространстве электрического поля. И, наоборот, при изменении во времени магнитного поля возникает изменяющееся в пространстве переменное электрическое поле, которое приводит к появлению меняющегося в пространстве магнитного поля.
Физическая причина такой взаимосвязи является следствием закона электромагнитной индукции и наличием тока смещения, связывающих между собой электрическое и магнитное поля. Причём, взаимосвязь электрических и магнитных полей имеет место даже в отсутствии сторонних токов и зарядов, являющихся источниками электромагнитного поля.
Процесс согласованного изменения электрического и магнитного полей в пространстве и времени, при распространении электромагнитного возмущения из одной точки пространства в другую, получил название электромагнитной волны.
Источниками электромагнитных волн, как это следует из системы уравнений Максвелла (1.1b), являются меняющиеся во времени сторонние токи и заряды. Исследование процесса излучения электромагнитных полей меняющимися во времени сторонними токами и зарядами будет более рассмотрено подробно в главе 2.
Существование электромагнитных волн впервые было предсказано английским физиком М.Ф. Фарадеем в 1832г. В 1865г. английский физик Дж. К. Максвелл теоретически показал, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света. Подтверждение открытых свойств электромагнитных волн и обширные их экспериментальные исследования было сделано немецким физиком Г. Герцем (1887-1888).
В ходе экспериментальных исследований свойств электромагнитных волн Г. Герц обнаружил, что законы распространения электромагнитных волн и света одинаковы. В частности, у них одинаковый характер преломления и отражения от диэлектрических и металлических тел. Часть из этих опытов мы изложим в дальнейшем по мере более детального изучения электромагнитных волн и оптики.
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 109 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |