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:
- Существует 2 вида электрического заряда (положительный и отрицательный);
- Справедлив закон сохранения электрического заряда (суммарный электрический заряд в изолированной системе не изменяется);
- Электрический заряд является релятивистским инвариантом, т.е. величина заряда не зависит от выбора системы отсчета;
- 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;
— поверхностная 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 :
, 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:
Однако, сила Ампера, не является фундаментальной силой. Фундаментальной является сила Лоренса, действующая на заряд в магнитном поле:
Сила Ампера – результирующая, которая действует на заряды, движущиеся в проводнике. Часто силой Лоренса называют полную силу, действующую 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.
, 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.
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.
Потенциал поля в данной точке, равен алгебраической сумме потенциалов полей создаваемых в данной точке каждым зарядом в отдельности.
Магнитная индукция равна векторной сумме индукций полей, создаваемых различными источниками.