Терлецкий Рыбаков Электродинамика

Я. П. ТЕРЛЕЦКИЙ, Ю. П. РЫБАКОВ ЭЛЕКТРО- ДИНАМИКА ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ Допугцено Государственным комитетом СССР по народному образовании в качестве учебного пособия для студентов физических специальностей университетов ~Ы~) Москва «Высшая школа» 1990 Рецепзелтьг! кафедра теоретической физики НГУ нм. Ленннского комсомола (зав. кафедрой В. Г. Зелевннскнй); кафедра теоретической физики КГУ нм.

Т. Г. Шевченко (зав. кафедрой А. М. Фелорченко) Терлецкий Я. П., Рыбаков Ю. П. Т 35 Электродинамика; Учеб. Пособие для студентов физ. спец. университетов. 2-е изд., перераб.— М.: Высш. шк.. 1990г- 352 сл ил. 1ВВ)х) 5-06-001543-2 В пособии лается нзяоженне классической электродинамики. Прн нзложеннн электролннамнкн Максвелла — Лоренца помимо тралнцнонных вопросов рассмотрены явление сверхпроаоннмосгн, магннтогнлролннамнческне волны. магнитная кумуляцня, нэлученне Вавилова — Черенкова. Раскрываются релятивистские прслсгавлення о пространстве- времени, значнгельное внимание уделено релятивистской формулировке законов сохрапення, полевой георнн массы, теории тахнонов н другим прннцнпнальным вопросам. В пособнн много орнгннальных задач, углубляющнх н дополняющих излагаемый матернал.

1604050000 (4309000000) — 269 Т вЂ” 101 — 90 001 (О1) — 90 ББК 22.313 537 ЭЛЕКТРОДИНАМ ИКА Зав. редакцией учебно-методической литературы по физике н математике Е. С. Гридасова. Редактор Г. Н. Чернышева. Мл. релактор Н. П. Майкова. Хуложестаенный релактор В.И. Пономаренко. Технический релактор Н.

В. Яшукова. Корректор Г.И. Коетрнкова ИБ № 8566 Изл. № ФМ-931. Сдано в набор 31.07 89. Полн. в печать 2!.03.90 Формат 60 х 88116. Бум. офс. № 2. Гарни гура таймс. Печа гь офсетная. Объем 21,56 уел. печ. л. 21,56 усл. кр.-отт. 20,23 уч.-нэл л. Тираж 20000экз. Зак №378 Цена 1 руб Издательства «Высшая школая, Го!430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., л 29114. О шечатано с лна~юзнтнвов ордена Октябрьской Революции н арлена Трудового Красного Знамена МПО «Первая Образцовая тнпографняа Государственного комнтета СССР по цечатн.

П3054, Москва, Валовая, 28 в Московской тнцографнн № 4 Госкомпечати СССР, !29041, Москва, Б. Переясгивская ул., 46. 1БВ1Ч 5-06-001543-2 гф Я. П. Терлецкнй, Ю. П. Рыбаков, !990 ББК 22.313 Т 35 УДК 538.3 Учебное издание Терлецкий Яков Петроннч Рыбаков Юрий Петрович ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ Настоящая книга является отражением многолетней практики преподавания электродинамики на физических факультетах Московского государственного университета имени М. В.

Ломоносова и Университета дружбы наролов имени Патриса Лумумбы. Перед авторами стояла влвойне трудная задача. С одной стороны, необходимо было отобрать из множества чрезвычайно интересных и глубоких результатов, достигнутых в электродинамике к настоящему времени, только самое существенное и необходимое для понимания прелмета и для дальнейшей самостоятельной работы студентов в этой области. С другой стороны, пользуясь ограниченными математическими средствами, доступными студентам- физикам младших курсов, нужно было дать строгий вывод ряда фундаментальных положений, составляющих основу современной теории электромагнитного поля. Чтобы выполнить эту программу, авторы решили прибегнуть к помощи самого читателя, рассчитывая на его активную работу по усвоению излагаемого материала.

С этой целью в книгу включен ряд залач, зачастую составляющих неотъемлемую часть текста, решение которых представляется необходимым лля понимания всего последующего. Хотя наиболее трудные задачи и снабжены решениями, помещенными в конце книги, читателю рекомендуется заглядывать в них лишь после того, как многократные попытки найти самостоятельное решение не дали результатов. Предполагается, что читатель знаком с элементами теории дифференциальных уравнений в частных производных и с основами векторного и тензорного анализа. Однако для улобства в конце книги имеется математическое приложение, в котором дано краткое изложение всех необходимых лля понимания основного текста математических свелений.

Поэтому, чтобы освежить их в памяти и вместе с тем привыкнуть к обозначениям, используемым в книге, рекомендуется сначала ознакомиться с приложением. Очень хорошим дополнением к настоящему курсу является «Сборник залач по электродинамике» В. В. Батыгина и И. Н. Топтыгина. Некоторый дополнительный материал, который при первом чтении может быть опущен, набран петитом. Авторы благодарны д-ру физ,-мат. наук О. С. Иваницкой и проф.

Ю. М. Лоскутову, которые внимательно прочитали рукопись и высказали ценные критические замечания, способствовавшие улучшению книги. ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ Во втором издании книги произведены некоторые сокращения и дано бодее компактное изложение ряда вопросов, исправлены неточности и опечатки. Включены также новые задачи и добавлен материал, посвященный излучению Вавилова Черенкова. Расширены также исторические комментарии, в которых, в частности, отдается должное силе предвидения О. Хевисайда, предсказавшего оснояные свойства излучения Вавилова . Черенкова почти за 50 лет до создания теории этого явления (и задолго до его обнаружения). описавшего скин-эффект, неискаженные волны в двухпроводной телеграфной линии и многое другое. В книгу включен дополнительный материал, относящийся к молекулярной оптике: помимо известного линейного эффекта магнитного вращения плоскости поляризации света, открытого Фарадеем, обсуждаются нелинейные оптические явления †эффек Керра (электрооптика) и Коттона в Мутона (мапгитооптика), имеющие широкие практические применения.

Специальные задачи посвящены тороидности (анапольному моменту), существенная роль которой в электромагнитном излучении быстроменяюшихся токовых систем была по достоинству оценена лишь сравнительно недавно. Авторы глубоко признательны д-ру физ.-мат. наук В. Г. Зелевинскому, д-ру физ.-мат. наук Э. А. Кураеву, доц. И. П. Пинкевичу и проф. А. М.Федорченко за конструктивные критические замечания. ВВЕДЕНИЕ Почему возникают электрические силы? Как они передаются? Что при этом происходит в пространстве? Подобные вопросы возникают сами собой при первом же знакомстве с электричеством. Даже сегодня, когда картина во многом прояснилась и человечество достигло грандиозных успехов в изучении и использовании электричества, все еше нельзя дать на них исчерпывающие ответы.

Элвнтрадинамика, изучающая электромагнитные процессы, является сейчас одной из самых разработанных областей человеческих знаний, а уравнения Максвелла, описывающие электромагнитное поле и получившие многочисленные полтверждения на опьпе, не могут не вызывать чувства вос~ищения своим изяществом и красотой«. Электродинамика находит применения в таких разделах современной физики, как нелинейная оптика и физика плазмы, теория ускорителей и физика атомного ядра. Учет квантовых свойств материи привел к созданию квантовой электродинамики, предсказания которой отличаются высочайшей точностью. Что же представляет собой электродинвмика? В буквальном переводе «злектродинамик໠†э учение о движении и взаимодействии электрических зарядов. Но такая трактовка не отражает существа дела, ибо главное содержание электродинамики есть учение аб электромагнитном лале и его связи с зарядами и токами.

Первоначально делались попьпки свести все электрические явления к прямому взаимодействию электрических зарядов, т. е. предполагалось, что электрические силы мгновенно передаются через пустоту, а само их существование является прирожденным свойством заряженных тел. Все внимание при таком подходе было сосредоточено на электрических зарядах и токах, поле же вводилось по аналогии с гравитационным полем лишь как удобное математическое понятие.

Эти взгляды разделили Ампер, Риман, Вебер, Кирхгоф, Гельмгольц и др. Это была эпоха господства теории дальнадейгтвия. Нужна была проницательность М. Фарадея, чтобы искать причину не в самих зарядах и токах, а в окружающем их пространстве. Он представлял себе силовые линии как вполне реальные образования и провел множество хитроумнейших экспериментов по их обнаружению. Один из них привел его к открытию электромагнитной индукции. Но умозрительные представления Фарадея явно проигрывали в сравнении с безупречно математически оформленной электродинамикой дальнодействия и поэтому не могли рассчитывать на признание.

Нужен был гений Дж. К. Максвелла, чтобы увидеть в неуклюжем языке фарадеевых силовых линий гармонию математики. Тщательно проштудировав « История создания уравнений Максвелла очень поучительна, и читатель может ознакомиться с нею, например, по увлекательно написанной книге В. П. Карцева «Приключения великих уравнений» М., !986 трупы Фаралея, Максвелл сумел сконцентрировать все их содержание в восьми коротких уравнениях, которым суждено было стать краеугольным камнем теории электромагнитного поля. Так благодаря трудам Фарадея и Максвелла стала пробивать себе дорогу теория блнзкодейстнаия, в основе которой лежало фарадеево представление об особом материальном носителе электромагнитных сил — элекгнромагнншном но,м.

Эволюция представлений об электромагнитном поле имеет долгую историю. Отметим лишь наиболее значительные ее вехи. Максвелл был сторонником механистической точки зрения и представлял электромагнитное поле в виде натяжений и деформаций особой всепроникающей среды эфира. Исторически эти представления сыграли положительную роль, так как помогли Максвеллу найти правильную математическую форму для уравнений электродинамики. Одним из следствий этих уравнений было предсказание Максвеллом электромагнитной природы света.