151313 (766886)
Текст из файла
О РЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВИДЕ ПЛОСКИХ ВОЛН
В.В. Сидоренков
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Установлена реальная структура электромагнитного поля, представляющего собой векторное четырехкомпонентное электродинамическое поле, состоящего из функционально связанных между собой составляющих полей: электрической и магнитной напряженности, электрического и магнитного векторного потенциала. Рассматривается физически очевидный и принципиальный вопрос о параметрах и характеристиках распространения волн конкретных составляющих реального электромагнитного поля.
В настоящее время установлено, что в отношении полноты охвата при описании наблюдаемых в Природе явлений электромагнетизма, наряду с обычной системой уравнений электродинамики Максвелла электромагнитного (ЭМ) поля с компонентами электрической 
и магнитной 
напряженности [1]:
(a) 
, (b) 
, (1)
(c) 
, (d) 
,
существуют и другие системы полевых уравнений [2 - 4], концептуально необходимые при анализе и адекватном реальности физико-математическом моделировании электродинамических процессов в материальных средах. Уравнения в этих других системах рассматривают такие области пространства, где присутствуют либо только поле ЭМ векторного потенциала с электрической 
и магнитной 
компонентами:
(a) 
, (b) 
, (2)
(c) 
, (d) 
;
либо электрическое поле с компонентами и 
:
(a) 
, (b) , (3)
(c) 
, (d) 
;
либо, наконец, магнитное поле с компонентами 
и 
:
(a) 
, (b) , (4)
(c) 
, (d) 
.
Здесь 
и 
- абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды, соответственно, 
- удельная электрическая проводимость, 
- постоянная времени релаксации заряда в среде за счет электропроводности.
Основная и отличительная особенность уравнений систем (2) – (4) в сравнении с традиционными уравнениями Максвелла ЭМ поля (1) с физической точки зрения состоит в том, что именно они, используя представления о поле ЭМ векторного потенциала, способны последовательно описать многообразие электродинамических явлений нетепловой природы в материальных средах, определяемых электрической или магнитной поляризацией и передачей среде момента ЭМ импульса, в частности, реализуемых в процессе электрической проводимости [4, 5] .
Принципиально и весьма существенно здесь то, что все эти системы электродинамических уравнений, в частности, и система (1) для локально электронейтральных сред (
) непосредственно следуют из фундаментальных исходных соотношений первичной взаимосвязи ЭМ поля и поля ЭМ векторного потенциала [2 - 4]:
(a) 
, (b) 
, (5)
(c) 
, (d) 
.
Очевидно, что представленная система соотношений может служить основой для интерпретации физического смысла поля ЭМ векторного потенциала [3], выяснения его роли и места в явлениях электромагнетизма. Однако самое главное и уникальное в них то, что все вместе эти соотношения являют собой систему базовых дифференциальных уравнений, описывающих необычное с точки зрения общепринятых позиций вихревое векторное поле, состоящее их четырех функционально связанных между собой вихревых векторных компонент , , и , которое условно назовем реальное электромагнитное поле.
Объективность существования указанного поля однозначно иллюстрируется указанными системами уравнений (1) – (4) и получаемыми из них соотношениями баланса:
для потока ЭМ энергии из уравнений системы (1)
, (6)
для потока момента ЭМ импульса из уравнений системы (2)
div
, (7)
для потока электрической энергии из уравнений системы (3)
div
, (8)
и, наконец, для потока магнитной энергии из уравнений системы (4)
div
. . (9)
Как видим, соотношения (5) действительно следует считать фундаментальными уравнениями связи компонент реального электромагнитного поля, базирующегося на исходной своей составляющей - поле векторного потенциала, состоящего из двух взаимно ортогональных электрической и магнитной векторных полевых компонент. При этом поле векторного потенциала своим существованием реализует функционально связанные с ним другие составляющие единого поля: электромагнитное поле с векторными компонентами и , электрическое поле с компонентами и , магнитное поле с компонентами и .
Интересно, что обсуждаемая здесь структура и взаимосвязь составляющих реального электромагнитного поля сохраняется и в статической асимптотике. Логика построения систем полевых уравнений для стационарных составляющих данного поля и анализ физического содержания таких уравнений изложены, например, в работе [6].
Форма представленных систем уравнений (1) – (4) говорит о существовании волновых решений для всех компонент ЭМ поля , , и . В этом можно убедиться, взяв, как обычно, ротор от одного из роторных уравнений любой системы, и после чего подставить в него другое роторное уравнение той же системы. Например, в качестве иллюстрации получим для системы (2) волновое уравнение относительно :
.
Здесь, согласно (2c), 
, 
- оператор Лапласа, а 
- фазовая скорость поля волны в отсутствие поглощения. Следовательно, тем самым описываются волны для конкретной составляющей реального электромагнитного поля посредством одной из парных комбинаций четырех указанных волновых уравнений. В итоге возникает физически очевидный вопрос, что это за волны, и каковы характеристики их распространения?
В этой связи рассмотрим волновой пакет плоской линейно поляризованной, например, электрической волны, распространяющейся вдоль оси 0X с компонентами 
и 
для системы (3) либо магнитной волны с компонентами 
и 
для системы (4), которые представим комплексными спектральными интегралами. Тогда, например, для уравнений электрического поля (3) указанные интегралы имеют вид:
и 
, (10)
где 
и 
- комплексные амплитуды.
Подставляя их в уравнения (3a) и (3c), приходим к соотношениям 
и 
. Соответствующая подстановка аналогичных (10) интегралов для магнитного поля и в уравнения (4а) и (4c) дает 
и 
. Таким образом, получаем для обеих систем общее для них выражение: 
В конкретном случае среды идеального диэлектрика (
) с учетом формулы 
для обеих систем из 
следует обычное дисперсионное соотношение 
[1], описывающее однородные плоские волны электрического или магнитного полей. При этом связь комплексных амплитуд компонент указанных волновых полей имеет специфический вид:
и 
.
Специфика здесь в том, что при распространении в диэлектрической среде компоненты поля сдвинуты между собой по фазе на π/2. Конечно, математически данный результат тривиален, поскольку компоненты поля ЭМ напряженности и поля векторного потенциала связаны между собой посредством производной по времени (см. соотношения (5c) и (5d)). Однако концептуально с физической точки зрения это неожиданно и требует всестороннего анализа.
Справедливости ради следует сказать, что впервые о возможности реального существования чисто магнитной поперечной волны с двумя ее компонентами и , сдвинутыми при распространении по фазе на π/2, официально в виде приоритета на открытие заявил Докторович еще в 1980 году, и этот факт он с удивительным упорством, достойным лучшего применения, безуспешно пытается донести до других, ссылаясь на приоритет и свою статью по этой теме, везде публикуемую многие годы (например, [7]). Печально, но только Время - высший судья, и именно оно расставит всех и все по своим местам! Будем надеяться, что независимое подтверждение этого научного достижения Докторовича в представленном здесь исследовании будет для него серьезной поддержкой в общении с оппонентами.
Соответствующие аналогичные вышеприведенным рассуждения теперь уже для ЭМ поля с компонентами 
и системы (1) и для поля векторного потенциала с компонентами и 
системы (2) дают окончательно соотношения 
, 
и 
, 
. В итоге для этих двух систем уравнений снова получаем стандартное выражение:
Для диэлектрической среды (
) дисперсионное соотношение для волновых решений уравнений систем (1) и (2) также будет обычное , что описывает режим распространения компонент поля ЭМ напряженности и поля векторного потенциала в виде однородных плоских волн. При этом связь комплексных амплитуд решений системы (1) имеет стандартный вид 
[1] и 
для системы (2), а сами волновые решения описывают волны, компоненты поля которых синфазно распространяются в пространстве. Причем, согласно соотношениям (5c) и (5d), волны поля ЭМ напряженности сдвинуты по фазе на π/2 от волн векторного потенциала, что и приводит к вышеуказанной определенной специфике в поведении компонент полей электрической и магнитной волн.
Легко убедиться, что для проводящей среды (
) в асимптотике металлов (
) дисперсионное соотношение для всех систем уравнений имеет обычный в таком случае вид 
[1], где 
. Тогда связи комплексных амплитуд запишутся для систем (3) и (4) как 
и 
, а для (1) и (2) 
и 
.
Как видим, в данном случае распространение волн всех четырех составляющих реального электромагнитного поля подчиняется теоретически хорошо изученному закону для плоских волн ЭМ поля в металлах [1], когда волновые решения для проводящей среды имеют вид экспоненциально затухающих в пространстве плоских волн со сдвигом фазы между компонентами на π/4.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
