Система уравнений Максвелла для переменного электромагнитного поля.




полная система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной формах имеет вид:

– обобщенный закон Био–Савара–Лапласа;

; – закон Фарадея;

; – теорема Гаусса; – отсутствие магнитных зарядов;

, ,

1) Мы знаем теорему о циркуляции вектора напряжённости магнитного поля:

,

но: ; т.е. , тогда

  , (7.3.1)  

Это уравнение является обобщением закона Био–Савара–Лапласа и показывает связь между полным током и порождаемым им магнитным полем.

В дифференциальной форме это уравнение Максвелла выглядит так:

 

2) Рассматривая явление электромагнитной индукции, мы сделали вывод, что ЭДС индукции . Перейдем от вихревого электрического поля к магнитному:

  , (7.3.2)  

Это уравнение описывает явление электромагнитной индукции (закон Фарадея) и устанавливает количественную связь между электрическими и магнитными полями: переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. В этом физический смысл уравнения.

В дифференциальной форме это уравнение выглядит так:

Различие в знаках этого уравнения Максвелла соответствует закону сохранения энергии и правилу Ленца. Если бы знаки при и были одинаковы, то бесконечно малое увеличение одного из полей вызвало бы неограниченное увеличение обоих полей, а бесконечно малое уменьшение одного из полей, приводило бы к полному исчезновению обоих полей. То есть различие в знаках является необходимым условием существования устойчивого ЭМП.

3) Ещё два уравнения выражают теорему Остроградского–Гаусса для электрического и магнитного полей (статических полей)

  , (7.3.3)  

Поток вектора электрического смещения через замкнутую поверхность S равен сумме зарядов внутри этой поверхности. Это уравнение показывает также, что силовые линии вектора и начинаются и заканчиваются на зарядах.

В дифференциальной форме

где


4) И для магнитного поля

  , (7.3.4)  

Это уравнение выражает то свойство магнитного поля, что линии вектора магнитной индукции всегда замкнуты и что магнитных зарядов нет.

В дифференциальной форме

  , (7.3.5)  

5, 6, 7) Наконец надо помнить, что величины, входящие в эти четыре уравнения не независимы, и между ними существует связь:

  , (7.3.6)  

 

  , (7.3.7)  

 

  , (7.3.8)  

здесь σ – удельная проводимость, – плотность сторонних токов.

Эти уравнения называются уравнениями состояния или материальными уравнениями. Вид этих уравнений определяется электрическими и магнитными свойствами среды. В общем случае уравнения состояния очень сложны и нелинейны.

 

 

 

22 Вывести закон сохранения заряда из системы уравнений Максвелла для электромагнитного поля в физических средах. Закон сохранения электрического заряда неявно содержится в системе уравнений Максвелла. Действительно, вычислим величину дивергенции от правой и левой частей уравнения (7.2)   . В векторном анализе известен результат (его можно проверить непосредственным вычислением!)   .
(7.13)

- закон сохранения электрического заряда в дифференциальной форме (дивергентная форма). Интегральная форма этого закона имеет вид

 

(7.14)

или в более привычной форме записи

 

. (7.15)

 

23.Получить закон сохранения энергии для электромагнитных явлений согласно системе уравнений Максвелла. Теперь делаем следующее: уравнение 2) я скалярно умножу на , уравнение 4) я скалярно умножу на : Теперь из второго уравнения вычтем первое:   Для однородного диэлектрика . Это были наводящие соображения, на самом деле, в общем случае , точно также . Тогда уравнение приобретает такой вид: или .  
24 Электрический диполь. Его электростатический потенциал. 25. Энергия взаимодействия электрического диполя с внешним электрическим полем электрическое поле.  
26 Вывести выражение силы, действующей на электрический диполь, если его внести во внешнее неоднородное электрическое поле. Рассчитаем силу, действующую на электрический диполь во внешнем электростатическом поле (рис. 2.3). На рис 2.3 - радиус-вектор точки расположения отрицательного заряда диполя, а - радиус-вектор точки расположения положительного заряда диполя. Суммарная сила, действующая на рассматриваемую систему электрических зарядов описывается выражением: . С учетом приведенного выше соотношения (2.15) получим   . Для момента сил, действующих на рассматриваемую систему электрических зарядов, относительно начала координат имеем:  

Если в выражении (2.17) использовать соотношение (2.15) для вычисления и в полученном соотношении пренебречь членом с сомножителем из-за его малости, приходим к результату:

 

 
28 Обоснование силы Лоренца, действующей на электрон. · Сила, действующая на электрический заряд , движущийся со скоростью в магнитном поле   , (18) где – вектор магнитной индукции поля. · Модуль силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле , (19) где – модуль заряда частицы; – модуль вектора скорости; – модуль вектора индукции магнитного поля, – угол между векторами и . · Направление силы определяется по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор магнитной индукции , а четыре вытянутых пальца направить вдоль скорости движения положительного заряда (против направления движения отрицательного заряда), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на заряд. · Если заряд движется в области, где существуют одновременно электрическое и магнитное поля, то на него действует полная сила ,(20) формула (20) называется формулой Лоренца.  
30.Исходя из системы уравнений Максвелла в физических средах, получить законы сохранения заряда и энергии для электромагнитных явлений. . В векторном анализе известен результат (его можно проверить непосредственным вычислением!)   .
(7.13)

- закон сохранения электрического заряда в дифференциальной форме (дивергентная форма). Интегральная форма этого закона имеет вид

 

(7.14)

 

. (7.15)

Уравнений Максвелла.

Теперь делаем следующее: уравнение 2) я скалярно умножу на , уравнение 4) я скалярно умножу на :

Теперь из второго уравнения вычтем первое:

 

Для однородного диэлектрика . Это были наводящие соображения, на самом деле, в общем случае , точно также . Тогда уравнение приобретает такой вид: или

.

27 Магнитное поле постоянного тока. Понятие напряженности магнитного поля. Магнитное поле представляет собой один из видов материи. Оно обладает энергией, которая проявляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на отдельные движущиеся электрические заряды (электроны и ионы) и на их потоки, т. е. электрический ток. Под влиянием электромагнитных сил движущиеся заряженные частицы отклоняются от своего первоначального пути в направлении, перпендикулярном полю. Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется тоже лишь на движущиеся заряды. Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют совместно единое электромагнитное поле. Всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля и, наоборот, всякое изменение магнитного поля сопровождается возникновением электрического поля. Электромагнитное поле распространяется со скоростью света. Напряженность магнитного полянеобходима для определения магнитной индукции поля, создаваемого токами различной конфигурации в различных средах. Напряженность магнитного поля характеризует магнитное поле в вакууме. Напряженность магнитного поля (формула)векторная физическая величина, равная: ампер на метр (А/м). Векторы индукции (В) и напряженности магнитного поля (Н) совпадают по направлению. Если знать Напряженность магнитного поляв данной точке, то можно определить индукцию поля в этой точке. Напряженность магнитного поля зависит только от силы тока, протекающего по проводнику, и его геометрии.    


Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-02-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь