Перелік скорочень

ЕМП – електромагнітне поле

ЕЕМП – енергія електромагнітного поля

1 Електромагнітне поле і параметри середовища

1.1 Загальні відомості

В радіотехніці та електротехніці певний клас задач розв’язують за допомогою теорії кіл, яка застосовується до тих пір, поки зберігається зміст поняття електричного кола. Це дозволяє відійти від існування електромагнітного поля (ЕМП) і оперувати зі струмом і напругою. Використання поняття кола можливе тільки у випадках низькочастотного (в тому числі постійного) струму, коли розмір системи, що розглядається, значно менший довжини електромагнітної хвилі

. (1.1)

Ця умова забезпечує в даний момент часу сталу величину миттєвого струму і відповідно напруги у всьому колі системи, через те, що зсув струму по фазі на одному кінці системи відносно струму на другому її кінці мало відрізняється від нуля

. (1.2)

Вивчення швидкозмінних електромагнітних (ЕМ) процесів, коли приведена умова не виконується, потребує відмову від теорії кіл і зосередження уваги на ЕМ полі системи. Характерними параметрами таких систем являються антени, лінії передачі енергії дециметрових, сантиметрових і більш коротких довжин хвиль.

Для розрахунку таких систем цілковито недостатні теорія кіл і теорія довгих ліній. В цьому випадку необхідно використовувати закони ЕМ поля в їх повному формулюванні. Які ці закони і як їх застосовувати для розрахунку різних систем розглядається в курсі електродинаміки.

1.2 Заряди і струми – джерела електромагнітного поля

Електричний заряд – одне із властивостей елементарних частинок речовини. Розрізняють два види зарядів – позитивні та негативні. Експериментально виявлена дискретна структура зарядів. Величина будь-яких зарядів, які зустрічаються в природі, кратна заряду електрона , який дорівнює приблизноКл. Електричні заряди обумовлюють електричні і магнітні явища.

Величина електричного заряду вимірюється в кулонах (Кл) і позначається символом . В ідеалізованому випадку електричний заряд вважають точковим, тобто нехтують його розмірами.

Якщо він розподілений в просторі, то його називають об’ємним і характеризують об’ємною густиною, яка має розмірність

, (1.3)

де – елемент об’єму.

Під об’ємним зарядом розуміють скалярну величину, яка дорівнює границі відношення об’ємного заряду до об’єму в якому він розподілений, при . З (1.3) видно, що повний заряд, який знаходиться в деякому об’ємі, визначається таким чином:

. (1.4)

Q вимірюється у .

Електричний заряд може бути розподілений по поверхні у вигляді нескінченного шару і називається поверхневим зарядом і характеризується поверхневою густиною , яка визначається

, (1.5)

де – елемент поверхні, а– заряд цього елемента;_s має розмірність .

Густина електричного струму. Впорядкований рух зарядів створює електричний струм (струми провідності), які характеризуються вектором об’ємної густини струму провідності (рис. 1.1) та має розмірність :

, (1.6)

де – одиничний вектор, який вказує напрям струму;

– струм, який протікає через площинку, перпендикулярно.

Інтегруючи по поверхні, отримуємо результуючий струм провідності

, (1.7)

де ;

– нормаль в даній точці поверхні.

Вектор напрямлений поі дорівнює по величині(рис. 1.1).

Особливий інтерес має випадок, коли струми розподілені вздовж поверхні у вигляді нескінченного шару. Такі струми називаються поверхневими (рис. 1.2). Густина поверхневих струмів визначається співвідношенням:

, (1.8)

де – одиничний вектор, який показує напрямок руху позитивних зарядів в даній точці;

–відрізок лінії перпендикулярний вектору ;

– величина струму, який протікає через відрізок;

розмірність -.