На відміну від зарядів, емп розподіляється у просторі неперервно. У цьому полягає одна з істотних відмін поля від частинок у класичній (не квантовій) фізиці.
4. Принцип близькодії
У класичній теорії рух часток описується рівнянням руху Ньютона. Властивості поля описуються рівнянням поля. Рівняння поля у вакуумі називають рівнянням Максвела. В основі рівнянь лежить сформульований Фарадеєм принцип близькодії, який у сучасному формулюванні звучить так :
a) ЕМП в даній точці простору в даний момент часу визначається значенням поля в нескінченно близьких точках простору і в нескінченно близькі попередні моменти часу .
b) сила, з якою ЕМП діє в даний момент часу на заряд, який знаходиться в даній точці визначається значенням поля в цей момент в даній точці і швидкістю заряду в цей момент.
З принципу близькодії випливає, що ЕМП повинно характеризуватись диференціальними рівняннями з частинних похідних.
ЕМП, зв’язане з окремими зарядженими частинками, називається мікроскопічним.
Мікроскопічне поле характеризується векторами напруженості електричного поля E і векторами напруженості магнітного поля H, які описуються рівняннями Максвела.
Розв’язання цих та інших задач, що ставляться в електродинаміці, зводяться до формулювання умов, що відповідають поставленій задачі, та інтегрування рівнянь Максвела при заданих умовах. Відповідно до цього в електродинаміці вивчаються розділи: електростатику, магнітостатику, в яких розглядаються постійні електричні та магнітні поля, квазістаціонарні струми і поля, швидкозмінні електромагнітні поля. Результати, знайдені в усіх цих розділах, привели до розвитку таких важливих технічних дисциплін як електротехніка, радіотехніка, електроніка.
Взявши до уваги те, що ми на практиці здебільшого маємо справу з мільйонами і мільярдами заряджених частинок, ми, не вносячи скільки – не будь істотних помилок в результати міркувань, можемо зовсім не враховувати атомістичної будови електрики і користуватися уявленнями про неперервно розподілені заряди, або, інакше кажучи, ми можемо вважати, що заряди неперервно заповнюють заряджені ділянки тіл (так звані “об’ємні заряди”).
Ідучи за історичним ходом розвитку електродинаміки, ми почнемо з макроскопічної теорії електромагнітних явищ, яка ґрунтується на уявленні про неперервний розподіл електричних зарядів.
Після нагромадження певної кількості відомостей , ми прийдемо до мікроскопічної теорії, яка ґрунтується на врахуванні атомістичної будови електрики.
Розглянемо основні поняття .
Електромагнітна взаємодія (ЕМВ) –– один з типів фундаментальної взаємодії (гравітаційна, слабка, сильна, електромагнітна), що характеризується наявністю електромагнітного поля.
ЕМВ – дальнодіюча, може приводити як до притягання, так і до відштовхування. Це відображає існування двох різнойменних зарядів.
Вільні магнітні заряди в природі не виявлені.
Закони класичної електродинаміки допускають існування частинок з одним магнітним полюсом – магнітних монополів (ММ) і дають для них певні рівняння поля і рівняння руху. Ці закони не містять ніяких заборон, в силу яких магнітні монополя і не могли б існувати.
У квантовій механіці – непротирічиві рівняння руху для зарядженої частинки, що рухається в полі магнітного монополя, і для магнітного монополя, що рухається в полі частинки можна побудувати лише при умові, що електричний заряд e частинки і магнітний заряд μ магнітного монополя пов’язані співвідношеннями
(*)
Ця умова виникає внаслідок того, що в квантовій механіці частинки – представляються хвилями і появляються інтерференційні ефекти в русі частинок одного боку під впливом частинок другого боку. З (*): e = ħc/2μ тобто електричні заряди повинні бути квантова ними. Але кратність електричного заряду – один з фундаментальних законів природи. Якби існував магнітний монополь то цей закон мав би природне значення. Магнітні монополі (монополі Дірака (1931)) до цих пір не знайдені.
До ЕМВ зводиться більшість сил, що спостерігаються в макроскопічних явищах: сили пружності, тертя, поверхневого натягу в рідинах, тощо.
Властивості різних агрегатних станів речовини, хімічні перетворення, електричні, магнітні оптичні явища визначаються ЕМВ. Магнетизм може викликатися електричними струмами. Можна переходити від магнітних ефектів до електричних і здійснювати зворотний перехід просто змінюючи систему відліку.
Поділимо світ ЕМ явищ на три царства :
електричні заряди – нерухомі електростатика
електричні заряди рухаються з постійною середньою швидкістю в електричному колі електричний струм
заряди рухаються з прискоренням випромінювання енергії в простір.