Предмет и методы электродинамики. Экспериментальные основы электродинамики



Экспериментальные основы, предмет и методы электродинамики вы найдете в данной статье.

Предметом электродинамики является электромагнитное взаимодействие и изучение его закономерности.

Электромагнитное взаимодействие одно из 4 фундаментальных взаимодействий.

Объектом электродинамики является электромагнитное поле, которое является переносчиком электромагнитного взаимодействия между заряженными телами.

Электрический заряд – это физическая величина, которая характеризует способность тел участвовать в электромагнитном взаимодействии.

Свойства электрического заряда:

  1. Существует 2 вида электрического заряда (положительный и отрицательный);
  2. Справедлив закон сохранения электрического заряда (суммарный электрический заряд в изолированной системе не изменяется);
  3. Электрический заряд является релятивистским инвариантом, т.е. величина заряда не зависит от выбора системы отсчета;
  4. Дискретность электрического заряда, т.е. существует минимальная порция заряда е=1,6*10-19 Кл.

Для описания пространственного распределения заряда вводят понятие плотности заряда.

объемная плотность заряда — объемная плотность заряда;

поверхностная плотность заряда — поверхностная плотность заряда;

линейная плотность заряда — линейная плотность заряда;

Электромагнитное поле – особый вид материи, наличие которого устанавливается по действию на заряженные электрические тела.

Электрическое поле образуется заряженными телами, однако может существовать и независимо от них (электромагнитные волны). О наличии поля можно судить по силе, действующей на заряженные тела.

Для характеристики электромагнитного поля, применяют два вида характеристик:

  • силовые;
  • энергетические;

Силовые характеристики – это напряженность электрического поля , и магнитная индукция .

Напряженность электрического поля :

Пробный заряд – материальная точка обладающая зарядом.

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина, равная силе, действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку.

Если заряд неподвижен, то вокруг заряда наблюдается только электрическое поле, если же заряд движется с некоторой скоростью, во вокруг него существует как электрическая, так и магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магнитное поле – одно из проявлений электромагнитного поля, которое наблюдается вокруг движущихся электрических зарядов и наличие которого устанавливается по действию на движущийся заряд.

Так же силовой характеристикой является магнитная индукция :

магнитная индукция, где Fmax – максимальная сила действующая на проводник с током; I – сила тока; l – длина проводника;

Сила, действующая на проводник в магнитном поле, называется силой Ампера:

сила Ампера

Однако, сила Ампера, не является фундаментальной силой. Фундаментальной является сила Лоренса, действующая на заряд в магнитном поле:

сила Лоренса

Сила Ампера – результирующая, которая действует на заряды, движущиеся в проводнике. Часто силой Лоренса называют полную силу, действующую на заряд в электромагнитном поле.

Сила действующая на заряд в электромагнитном поле

Энергетические характеристики:

Поля делятся на потенциальные и не потенциальные (вихревые). В потенциальных полях, работа не зависит от формы траектории и в таких полях можно ввести такое понятие как энергия и потенциал.

Электростатическое поле – поле, образованное неподвижными электрическими зарядами.

Оно является потенциальным и в таком поле можно ввести понятие электрического потенциала.

потенциал, где Wn — потенциальная энергия;

Потенциал – скалярная физическая величина, равная работе сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки на бесконечность.

Обычно нулевой уровень потенциала принимают на бесконечности.

Магнитное поле является вихревым и понятие потенциала ввести нельзя, вводится понятие векторного потенциала А.

векторный потенциал

Для основных характеристик магнитного поля справедлив принцип суперпозиции. Если в некоторой точке, электромагнитное поле образовано несколькими источниками, то напряженность электрического поля равна векторной сумме напряженностей полей создаваемых в этой точке  каждым зарядом в отдельности.

принцип суперпозиции

Потенциал поля в данной точке, равен алгебраической сумме потенциалов полей создаваемых в данной точке каждым зарядом в отдельности.

потенциал поля в точке

Магнитная индукция равна векторной сумме индукций полей, создаваемых различными источниками.

магнитная индукция

Похожие записи:
    None Found
Запись опубликована в рубрике Физика с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.