- •Электромагнетизм Некоторые сведения из математики
- •Лекция 1 электростатика
- •Лекция 2
- •1) Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости.
- •2) Поле двух бесконечных параллельных плоскостей, заряженных равномерно разноимёнными зарядами с плотностями и .
- •Теорема Остроградского – Гаусса в дифференциальной форме.
- •Лекция 3 Проводники в электрическом поле
- •Электрическое поле у поверхности проводника
- •Силы, действующие на поверхность проводника
- •Свойства замкнутой проводящей оболочки
- •Общая задача электростатики. Уравнение Пуассона
- •Электроёмкость Электроёмкость уединённого проводника
- •Лекция 4 Электрическое поле в диэлектрике Электрический диполь в электрическом поле
- •Сила, действующая на диполь в электрическом поле
- •Поляризация диэлектрика
- •Вектор электрического смещения
- •Поле на границе раздела диэлектриков
- •Поле на границе проводник – диэлектрик
- •Некоторые важные следствия по теме:
- •Лекция 5 Энергия электрического поля
- •Постоянный электрический ток –
- •Уравнение непрерывности
- •Разветвлённые цепи
- •Закон Джоуля–Ленца
- •1). Однородный участок цепи
- •2). Неоднородный участок цепи
- •Лекция 6 Магнитное поле в вакууме
- •Магнитное поле равномерно движущегоя заряда
- •Закон Био – Савара
- •Основные законы магнитного поля
- •1). Магнитное поле прямого тока I:
- •2). Магнитное поле соленоида, по которому протекает ток I:
- •3). Магнитное поле тороида:
- •Лекция 7 Проводники с током в магнитном поле Закон Ампера
- •Момент сил, действующих на контур с током
- •Магнитное поле в веществе
- •Вектор вектор напряжённости магнитного поля
- •Магнитное поле на границе раздела магнетиков
- •Лекция 8
- •Движение заряженных частиц в электрическом и
- •Магнитном полях
- •Движение заряженных частиц в постоянном магнитном поле
- •Отклонение движущихся заряженных частиц электрическим и магнитным полями
- •Ускорители заряженных частиц
- •Преобразования Лоренца для электрических и магнитных полей
- •Электромагнитная индукция
- •Природа электромагнитной индукции
- •Явление самоиндукции
- •Взаимная индукция
- •Энергия магнитного поля
- •Магнитное давление
- •Лекция 10 Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
Магнитное давление
Рассмотрим соленоид, по которому течёт ток I . Используя метод виртуальной работы, увеличим мысленно радиус сечения соленоида на dr.
Виртуальная работа, совершаемая силами Ампера:
, где
боковая поверхность соленоида.
В тоже время механическую работу можно представить как , где
искомое давление.
Таким образом .
Если по разные стороны от поверхности с током (током проводимости или током намагничивания) магнитное поле разное – и, то
.
Область с более высокой плотностью магнитной энергии является и областью с более высоким давлением.
Полученное соотношение для давления является одним из основных в магнитогидродинамике.
Лекция 10 Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
Максвелл предположил, что в зависимости электрического и магнитного полей должна быть симметрия. Поскольку меняющееся во времени магнитное поле создаёт электрическое поле, следует ожидать, что меняющееся во времени электрическое полесоздаёт магнитное поле.
Есть теорема о циркуляции вектора .
Рассмотрим процесс разрядки конденсатора.
Через поверхность течёт ток, а через поверхностьток не течёт, хотя обе поверхности имеют равные права с точки зрения теоремы о циркуляции вектора. Но для поверхностиможно вместе с поверхностьюзаписать теорему Гаусса. Дифференцируя по времени, получаем.
Из уравнения неразрывности тока имеем .
Тогда .
плотность тока смещения;
плотность полного тока.
.
Теперь теорему о циркуляции вектора , которая была установлена для постоянных токов, можно обобщить для произвольного случая и записать
.
В дифференциальной форме т.е. ротор вектора напряжённости магнитного поля определяется плотностью тока проводимости и тока смещения в той же точке.
Ток смещения может существовать без носителей тока и даже в вакууме.
Открытие Максвеллом тока смещения – чисто теоретическое открытие, причём первостепенной важности. Оно позволило создать единую теорию электрических и магнитных явлений.
В интегальной и дифференциальной форме система уравнений Максвелла в неподвижных средах имеет следующий вид:
объёмная плотность сторонних зарядов;
плотность тока проводимости.
Из уравнений Максвелла для циркуляции векторов иследует, что электрическое и магнитное поля нельзя рассматривать как независимые: изменение во времени одного из них приводит к появлению другого. Поэтому имеет смысл лишь совокупность этих полей, описывающаяединое электромагнитное поле.
Если же поля стационарны (и), то уравнения Максвелла распадаются на две группы независимых уравнений:
и .
Из уравнений Максвелла видно, что электрическое поле может возникнуть по двум причинам.
Во первых, его источником являются электрические заряды, как сторонние так и связанные. Это следует из уравнения , если учесть, чтои.
Во-вторых, поле образуется всегда, когда меняется во времени магнитное поле (закон электромагнитной индукции Фарадея). Причём электрическое поле в этом случае является вихревым (), т.е. силовые линиине имеют в этом случае ни начала, ни окончания.
Эти же уравнения говорят о том, что магнитное поле может возбуждаться либо движущимися зарядами (электрическими токами), либо переменными электрическими полями, либо тем и другим одновременно. Это следует из уравнения.
Никаких источников магнитного поля, подобных электрическим зарядам (магнитных зарядов) в природе не существует, что следует из уравнения .
Значение уравнений Максвелла в дифференциальной форме не только в том, что они выражают основные законы электромагнитного поля, но и в том, что путём их решения (интегрирования) могут быть найдены сами поля и.
Для описания всех электромагнитных явлений систему уравнений Максвелла дополняют уравнением движения заряженных частиц под действием силы Лоренца
и так называемыми материальными уравнениями, которые для слабых полей, сравнительно медленно меняющихся в пространстве и времени имеют вид
,
где диэлектрическая проницаемость среды;
магнитная проницаемость среды;
электропроводимость среды;
напряжённость электрического поля сторонних сил, обусловленная химическими или тепловыми процессами.