Конспект лекций_ФИЗИКА_2сем (1175198), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

2.2.50При переменном токе – лампа горит, но в то же время нам ясно, что электроны изодной обкладки в другую не переходят – между ними изолятор (или вакуум). А вот еслибы взять прибор, измеряющий магнитное поле, то в промежутке между обкладками мыобнаружили бы магнитное поле (рис. 2.2.51).Рис. 2.2.51Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическимполем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение ток смещения.Этот термин имеет смысл в таких веществах, как, например, диэлектрики.

Там смещаютсязаряды под действием электрического поля. Но в вакууме зарядов нет – там смещатьсянечему, а магнитное поле есть. То есть название Максвелла «ток смещения» – не совсемудачное, но смысл, вкладываемый в него Максвеллом, – правильный.Максвелл сделал вывод: всякое переменное электрическое поле порождает переменноемагнитное поле.Токи проводимости в проводнике замыкаются токами смещения в диэлектрике или ввакууме.

Переменное электрическое поле в конденсаторе создает такое же магнитноеполе, как если бы между обкладками существовал ток проводимости, имеющий величину,равную току в металлическом проводнике.139Это утверждение позволяет (на базе нашего примера с конденсатором) найти величинутока смещения. В свое время мы с вами доказали, что поверхностная плотностьполяризационных зарядов σ равна D – вектору электрического смещения:(2.2.86),Полный заряд на поверхности диэлектрика и, следовательно, на обкладкахконденсатора(S – площадь обкладки)Тогда,(2.2.87)т.е.

ток смещения пропорционален скорости изменения вектора электрического смещенияD . Поэтому он и получил такое название – ток смещения.Плотность тока смещения(2.2.88),Вихревое магнитное поле ( B ) образующееся при протекании тока смещении, связанос направлением вектораправилом правого винта (рис. 2.2.51).Из чего складывается ток смещения?Из раздела «Электростатика и постоянный ток», известно, что относительнаядиэлектрическая проницаемость средыгде χ – диэлектрическаявосприимчивость среды. ТогдаИлиОтсюда видно, что– вектор поляризации. Следовательно140(2.2.89),В этой формуле– плотность тока смещения в вакууме;– плотность токаполяризации, т.е. плотность тока, обусловленная перемещением зарядов в диэлектрике.2.2.30.

Единая теория электрических и магнитных явлений. Системауравнений МаксвеллаИтак, переменное магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля.Переменное электрическое поле вызывает появление магнитного поля. Взаимнопорождаясь, они могут существовать независимо от источников заряда или токов,которые первоначально создали одно из них. В сумме это есть электромагнитное поле(ЭМП). Превращение одного поля в другое и распространение в пространстве есть способсуществования ЭМП. Конкретные проявления ЭМП – радиоволны, свет, гамма-лучи и т.д.В 1860 г.

знаменитый английский физик Джеймс Клерк Максвелл создал единуютеорию электрических и магнитных явлений, в которой он использовал понятие токсмещения, дал определение ЭМП и предсказал существование в свободном пространствеэлектромагнитного излучения, которое распространяется со скоростью света.Теорию ЭМП Максвелл сформулировал в виде системы нескольких уравнений. Вучении об электромагнетизме эти уравнения Максвелла играют такую же роль, какуравнения (или законы) Ньютона в механике.1) Мы знаем теорему о циркуляции вектора напряжённости магнитного поля:,но:; т.е., тогда(2.2.90),Это уравнение является обобщением закона Био–Савара–Лапласа и показывает, чтоциркуляция вектора H по произвольному замкнутому контуру L равна сумме токовпроводимости и токов смещения сквозь поверхность, натянутую на этот контур.

Илидругими словами, показывает связь между полным током и порождаемым им магнитнымполем.В дифференциальной форме это уравнение Максвелла выглядит так:141где2) Рассматривая явление электромагнитной индукции, мы сделали вывод, что ЭДСиндукции. Перейдем от вихревого электрического поля к магнитному:(2.2.91),Это уравнение описывает явление электромагнитной индукции (закон Фарадея) иустанавливает количественную связь между электрическими и магнитными полями:переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле.

В этомфизический смысл уравнения.В дифференциальной форме это уравнение выглядит так:Различие в знаках этого уравнения Максвелла соответствует закону сохраненияэнергии и правилу Ленца. Если бы знаки приибыли одинаковы, то бесконечномалое увеличение одного из полей вызвало бы неограниченное увеличение обоих полей, абесконечно малое уменьшение одного из полей, приводило бы к полному исчезновениюобоих полей. То есть различие в знаках является необходимым условием существованияустойчивого ЭМП.3) Ещё два уравнения выражают теорему Остроградского–Гаусса для электрического имагнитного полей (статических полей),(2.2.92)Поток вектора электрического смещения D через замкнутую поверхность S равенсумме зарядов внутри этой поверхности.

Это уравнение показывает также, что силовыелинии вектора D и E начинаются и заканчиваются на зарядах.В дифференциальной формегде1424) И для магнитного поля(2.2.93),Это уравнение выражает то свойство магнитного поля, что линии векторамагнитной индукциивсегда замкнуты и что магнитных зарядов нет.В дифференциальной форме(2.2.94),5, 6, 7) Наконец надо помнить, что величины, входящие в эти четыре уравнения ненезависимы, и между ними существует связь:,(2.2.95),(2.2.96),здесь σ – удельная проводимость,(2.2.97)– плотность сторонних токов.Эти уравнения называются уравнениями состояния или материальнымиуравнениями.

Вид этих уравнений определяется электрическими и магнитнымисвойствами среды. В общем случае уравнения состояния очень сложны и нелинейны.Уравнения (2.2.90 – 2.2.97) составляют полную систему уравнений Максвелла. Ониявляются наиболее общими для электрических и магнитных полей в покоящихся средах.Уравнения Максвелла – инвариантны относительно преобразований Лоренца. Физическийсмысл уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной формах полностьюэквивалентен.Таким образом, полная система уравнений Максвелла в дифференциальной иинтегральной формах имеет вид:  ∂DrotH = j +∂t;– обобщенный закон Био–Савара–Лапласа;;– закон Фарадея;;143– теорема Гаусса;;– отсутствие магнитных зарядов;,,Пояснение к теории классической электродинамики1. Теорией Максвелла называется последовательная теория единого поля ЭМП,создаваемого произвольной системой зарядов и токов.

В этой теории решается основнаязадача электродинамики – по заданному распределению зарядов и токов отыскиваютсяхарактеристики электрического и магнитного полей. Эта теория явилась обобщениемважнейших законов, описывающих электрические и магнитные явления (аналогичноуравнениям Ньютона и началам термодинамики).2. В теории Максвелла рассматриваются макроскопические поля, которые создаютсямакрозарядами и макротоками. Расстояния от источников полей до рассматриваемыхточек много больше размеров атомов.

Периоды изменения переменных электрических имагнитных полей много больше периодов внутренних процессов.3. Теория Максвелла имеет феноменологический характер. В ней не рассматриваетсявнутренний механизм явлений в среде. Среда описывается с помощью трёх величин ε, μ иσ.4. Теория Максвелла является теорией близкодействия, согласно которойэлектрические и магнитные взаимодействия, происходящие в электрических и магнитныхполях и распространяются с конечной скоростью, равной скорости света в данной среде.144ЛЕКЦИЯ 192.3. Колебания и волны2.3.1. Виды и признаки колебанийВ физике под колебаниями понимают движения или состояния, обладающие той илииной степенью повторяемости.Колебания свойственны всем явлениям природы.

Пульсируют звезды, внутри которыхидут циклические ядерные реакции. С высокой степенью периодичности вращаютсяпланеты Солнечной системы. Периодически повторяются приливы и отливы на Земле,вызванные вращением Луны. Сильные ветры возбуждают колебания домов, мостов и волнна поверхности водоемов. Колеблется груз на конце пружины, камертон, маятник, струныгитары.

Внутри любого живого организма непрерывно идут различные повторяющиесяпроцессы. Колеблются атомы в молекулах и относительно кристаллической решеткитвердого тела.Колебания могут распространяться в пространстве, в этом случае мы имеем дело сволнами.Волны – это изменение состояния среды, или возмущения, распространяющиеся вэтой среде и несущие с собой энергию. Наиболее часто встречающиеся виды волн –упругие, поверхностные, электромагнитные.

Характеристики

Список файлов учебной работы