Основные законы электромагнетизма

Электрический ток - упорядоченное (направленное) движение зарядов. Для существования тока необходимо наличие свободных зарядов и наличие электрического поля, энергия которого расходуется на перемещение зарядов. В металле такими носителями являются свободные электроны. В отсутствии поля электроны двигаются хаотично подобно молекулам газа. Такое движение характеризуется средней длиной свободного пробега, средним временем и средней скоростью хаотичного движения. При наличии поля на это движение накладывается направленное движение электронов под действием электростатических сил. Средняя скорость направленного движения называется дрейфовой.

Сила тока - скалярная величина, численно равная заряду через поперечное сечение проводника в единицу времени. Единица - Ампер. В СИ - величина независимая. Направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов. Можно показать, что ток пропорционален напряженности электрического поля. За время Δt через поперечное сечение проводника (рис.3.12) пройдет заряд, заключенный в отрезке провода длиной Dl=v·Δt, в этом отрезке заряд равен neDls, таким образом, I=nevΔtS/ Δt.=nevS.

Рис.3.12. К выводу формулы тока

Ток можно создать перемещая линейный заряд с плотностью ρ вдоль своей оси. Количество заряда в секунду через данную точку равно плотности заряда, умноженного на длину проводника, проходящего за сек через эту точку I=ρvΔt/Δt=ρv, I= ρV.

Магнитные силы. В отсутствие тока каждый элемент объема проводника является нейтральным, так как плотности положительных и отрицательных зарядов равны.. При протекании тока вследствие релятивистских законов расстояние между электронами сокращается, и плотность отрицательных зарядов становится больше плотности положительных. Появляется избыточный заряд, который создает дополнительное поле, в котором на заряд действует сила Е · q. Эту силу и называют магнитной (иногда силой Лоренца). Можно показать, что: эта сила пропорциональна скорости движения заряда и перпендикулярна скорости движения заряда.

Таким образов, вокруг проводника с током возникает поле, в котором на движущийся заряд действует сила. Такое поле называется магнитным. Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция В. Магнитная индукция – векторная величина, связанная с силой, действующей на движущийся заряд. Следовательно, надо определить направление и модуль этой физической величины. В каждой точкеполя существует направление, вдоль которого на движущуюся заряженную частицу магнитная сила не действует (магнитная ось). Это направление выбирают за направление вектора В. Индукция В по модулю равна магнитной силе, действующей на единичный положительный заряд, движущийся с единичной скоростью (1 м/с) перпендикулярно к магнитной оси. Модуль силы: (CИ). В векторной форме формула имеют вид

где: q — заряд частицы, v — скорость частицы, B — магнитная индукция поля. Единица индукции имеет размерность Н/(А*М). Эта единица называется Теслой. Меньшая единица – Гаусс. 1 Тл = 10⁴Гс.

При движении заряженной частицы в электромагнитном поле на неё будут действовать и электрическое, и магнитное поле (часто эту результирующую силу также называют силой Лоренца): F=F_e+F_л; +

Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то онане совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию). Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то сила равна нулю, и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно. При движении заряженной частицы перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, сила Лоренца является центростремительной и создает центростремительное ускорение. В этом случае частица движется по окружности (рис.3.13).

Рис.3.13. Движение заряда, двигающегося со скоростью в магнитном поле в случае, конда скорость заряда перпендикулярная вектору магнитной индукции

Согласно второму закону Ньютона сила Лоренца равна произведению массы частицы на центростремительное ускорение, тогдарадиус окружности, апериод обращения заряда в магнитном поле. Т.е. движущиеся частицы могут «захватываться» магнитным полем, что используется в ускорителях и масс-спектрометрах. По радиусу траектории, зная величину магнитного поля, можно определить массу частицы и импульс частицы. Траекторию можно увидеть в пузырьковой камере.

Как и электростатическое поле, магнитное можно графически представить в виде силовых линий. Модель магнитного поля можно представить в виде концентрических окружностей, густота которых при приближении к проводу увеличивается. Направление вектора магнитной индукции определяется правилом правой руки. В отличие от силовых линий электростатического поля магнитные силовые линии всегда замкнуты. Следовательно, количество силовых линий, входящих в любую замкнутую поверхность, равно количеству силовых линий, выходящих из этой поверхности, т.е. поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность, равен 0. Такие поля называются вихревыми. ;, (теорема Гаусса для магнитного поля)

Замкнутость магнитных силовых линий свидетельствует о том, что источников магнитного поля в виде свободных магнитных зарядов нет, источником магнитного поля являются токи.

Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Для расчета магнитных полей в случае симметрии конфигурации токов можно воспользоваться теоремой о циркуляции вектора магнитной индукции, которая в теории магнитного поля токов играет ту же роль, что и теорема Гаусса в электростатике. Пусть в пространстве, где создано магнитное поле, выбран некоторый условный замкнутый контур L (не обязательно плоский) и указано положительное направление обхода контура. На каждом отдельном малом участке Δl этого контура можно определить касательную составляющую вектора В в данном месте, то есть определить проекцию вектора В на направление касательной к данному участку контура (рис.3.14).

Рис. 3.14. Замкнутый контур (L) с заданным направлением обхода. Изображены токи I₁, I₂ и I₃, создающие магнитное поле.

Циркуляцией вектора по контуру L называют сумму произведений взятую по всему контуру:. Некоторые токи, создающие магнитное поле, могут пронизывать выбранный контур L в то время, как другие токи могут находиться в стороне от контура.

Теорема о циркуляции утверждает - циркуляция вектора магнитного поля постоянных токов по любому контуру L пропорциональна сумме всех токов, пронизывающих контур

Численно коэффициент пропорциональности связан с коэффициентом пропорциональности в законе Кулона постоянным множителем:, где. коэффициент пропорциональности принято записывать в виде:
, Где μ₀ – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно μ₀ = 4π·10^–7 H/A² ≈ 1,26·10^–6 H/A².

В системе СИ, т.е. циркуляция вектора магнитного поля постоянных токов по любому контуру L всегда равна произведению магнитной постоянной μ₀ на сумму всех токов, пронизывающих контур.

Простейшим примером применения теоремы о циркуляции является определение магнитной индукции поля прямолинейного проводника с током. Учитывая симметрию в данной задаче, контур L целесообразно выбрать в виде окружности некоторого радиуса R, лежащей в перпендикулярной проводнику плоскости. Центр окружности находится в некоторой точке проводника. В силу симметрии вектор индукции направлен по касательной, а его модуль одинаков во всех точках окружности. Применение теоремы о циркуляции приводит к соотношению

Аналогичным способом можно получить формулу индукции магнитного поля, создаваемого бесконечной плоскостью, по которой протекает ток с линейной плотностью i. В этом случае целесообразно выбрать прямоугольный контур, две стороны которого параллельны плоскости. В результате получим для систем. В случае бесконечно длинного соленоида выражение для модуля магнитной индукции можно получить непосредственно с помощью теоремы о циркуляции, применив ее к прямоугольному контуру, показанному на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Применение теоремы о циркуляции к расчету магнитного поля бесконечно длинного соленоида.

Вектор магнитной индукции имеет отличную от нуля проекцию на направление обхода контура только на стороне контура, расположенной внутри соленоида. Следовательно, циркуляция вектора индукции по контуру равна B∙l. Число витков соленоида, пронизывающих контур, равно n · l, где n – число витков на единицу длины соленоида, а полный ток, пронизывающий контур, равен Inl. Согласно теореме о циркуляции,, следовательно,

Взаимодействие проводников с током. Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников. В случае, когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются. Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот. Аналогичным образом взаимодействуют и движущиеся электрические заряды. Причем для магнитных взаимодействий третий закон Ньютона не выполняется (сила, действующая на один заряд со стороны другого, не равна силе действующей на второй заряд со стороны первого).

Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I₁ и I ₂ в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:;. В системе СИ. Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в Международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока – ампера:

Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10^–7 H на каждый метр длины.

Эталон силы тока 1А. В соответствии с определением единицы силы тока эталон должен быть основан на измерении силы взаимодействия двух прямолинейных проводников бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенных на расстоянии 1 м один от другого в вакууме. При силе электрического тока в проводниках 1 А сила взаимодействия составляет 2 × 10^-17 H на каждый метр длины. Это физическое явление реализуется в эталоне силы тока – токовых весах (рис.3. 16). К одному плечу коромысла токовых весов подвешена подвижная катушка, которая может входить в неподвижную катушку, расположенную коаксиально с первой. Обе катушки имеют однослойную обмотку по винтовой линии со строго определенным шагом. При протекании постоянного электрического тока по подвижной и неподвижной катушкам, соединенным последовательно, создается сила, которая вызывает отклонение левого плеча коромысла токовых весов. Эта сила уравновешивается грузом (набор гирь), помещенным на первой «чашке» весов. Взаимодействие токов определяется по закону Ампера: F₁ = kI₁I_2, где F1 – сила взаимодействия токов в подвижной и неподвижной катушках; I1 и I2 – сила электрического тока в подвижной и неподвижной катушках; k – постоянная электродинамической системы весов, зависящая от формы и размеров катушек, диаметра сечения проводов катушек, магнитной проницаемости сред и т.д. Значение силы тока, воспроизводимое токовых весах Государственного первичного эталона, составляет 1,018646А. Воспроизведение обеспечивается со ср. квадратическим отклонением, не превышающим 4•10^-6.

Рис.3.16. Токовые весы- эталон силы тока 1А

В 1992 г. в качестве государственного первичного эталона силы постоянного электрического тока в диапазоне 10^-16 -..30 А утвержден эталон, позволяющий значительно повысить точность воспроизведения и передачи размера единицы силы тока (1 мА и 1А) с использованием косвенных измерений силы тока I = U/r, причем размер единицы электрического напряжения U – вольт – воспроизводиться с помощью квантового эффекта Джозефсона, а размер единицы электрического сопротивления r – Ом – с помощью квантового эффекта Холла.

Классификация магнитных материалов. Индукция магнитного поля, создаваемого электрическими токами в веществе, отличается от индукции магнитного поля, создаваемого теми же токами в вакууме. Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью:

Магнитные свойства веществ определяются магнитными свойствами атомов или элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов), входящих в состав атомов (в основном электронов. Одним из важнейших свойств электрона является наличие у него не только электрического, но и собственного магнитного поля. Собственное магнитное поле электрона называют спиновым (spin – вращение). Электрон создает магнитное поле также и за счет орбитального движения вокруг ядра, которое можно уподобить круговому микротоку. Спиновые поля электронов и магнитные поля, обусловленные их орбитальными движениями, и определяют широкий спектр магнитных свойств веществ.

Вещества крайне разнообразны по своим магнитным свойствам. У большинства веществ эти свойства выражены слабо. Слабомагнитные вещества делятся на две большие группы – парамагнетики и диамагнетики.

Рис..3.17. магнитное поле атома диамагнетика вне внешнего поля(а) – В1==В2 и в магнитном поле (б) -

а

б

Диамагнетики. У атомов диамагнитных веществ в отсутствие внешнего поля собственные магнитные поля электронов и поля, создаваемые их орбитальным движением, полностью скомпенсированы (рис.3.17а).

При любой ориентации атомов, вещества такого типа магнитными свойствами обладать не должны. В магнитное поле, ситуация меняется на вращающиеся электроны будет действовать сила Лоренца, причем, поскольку электроны движутся в разные стороны, сила, действующая на них, также будет направлена в разные стороны.

За счет этого должны измениться численные значения скоростей электронов. У одного электрона скорость увеличится, у другого – уменьшится. Соответственно изменится и индукция магнитных полей, создаваемых электронами. У атома появится собственное магнитное поле и направлено оно будет против поля, вызвавшего описанный эффект (рис.3.17б).

Диамагнитные образцы намагничиваются против внешнего поля. Магнитная проницаемость таких веществ меньше единицы и они будут слабо выталкиваться из магнитного поля.

Парамагнетики. В атомах парамагнитных веществ магнитные поля электронов скомпенсированы не полностью, и атом оказывается подобным маленькому круговому току. В отсутствие внешнего поля эти круговые микротоки атомов ориентированы произвольно, так что суммарная магнитная индукция равна нулю. Внешнее магнитное поле оказывает ориентирующее действие – микротоки стремятся сориентироваться так, чтобы их собственные магнитные поля оказались направленными по индукции внешнего поля. Из-за теплового движения атомов ориентация микротоков никогда не бывает полной. При усилении внешнего поля ориентационный эффект возрастает, так что индукция собственного магнитного поля парамагнитного образца растет прямо пропорционально индукции внешнего магнитного поля. Полная индукция магнитного поля в образце складывается из индукции внешнего магнитного поля и индукции собственного магнитного поля, возникшего в процессе намагничивания. собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю Механизм намагничивания парамагнетиков очень похож на механизм поляризации полярных диэлектриков. Диамагнетизм не имеет аналога среди электрических свойств вещества.

У парамагнетиков μ>1, а у диамагнетиков μ<1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало. Например, у алюминия, который относится к парамагнетикам, μ≈2,1·10^–5, у хлористого железа (FeCl₃) μ≈2,5·10^–3. К парамагнетикам относятся также платина, воздух и многие другие вещества. К диамагнетикам относятся медь, вода, висмут и другие вещества. Пара- и диамагнетизм объясняется поведением электронных орбит во внешнем магнитном поле.

Следует отметить, что диамагнитными свойствами обладают атомы любых веществ. Однако, во многих случаях диамагнетизм атомов маскируется более сильным парамагнитным эффектом. Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками. У ферромагнетиков в отсутствие магнитного поля есть области, в которых магнитные моменты атомов сориентированы. В магнитном поле размер областей, сориентированных вдоль поля увеличивается за счет областей с другой ориентацией (рис.3.18).

Рис.3.18.Намагничивание ферромагнитного образца. (1) B₀ = 0; (2) B₀ = B₀₁; (3) B₀ = B₀₂ > B₀₁.

Магнитная проницаемость μ ферромагнетиков не является постоянной величиной; она сильно зависит от индукции B₀ внешнего поля. Типичная зависимость μ (B₀) приведена на рис.10.10. При уменьшении магнитной индукции внешнего поля до 0 ферромагнетики сохраняют некоторую остаточную намагничиваемость. Для размагничивания необходимо изменить направление внешнего магнитного поля на противоположное. Кривая намагничиваемости (рис.3.19) имеет форму петли (гистерезис). Магнитная проницаемость ферромагнетиков по порядку величины лежит в пределах 10²–10⁵. Например, у стали μ ≈ 8000, у сплава железа с никелем магнитная проницаемость достигает значений 250000.

Рис.3.19..Петля гистерезиса ферромагнетика

К группе ферромагнетиков относятся четыре химических элемента: железо, никель, кобальт, гадолиний. Из них наибольшей магнитной проницаемостью обладает железо. Поэтому вся эта группа получила название ферромагнетиков.

Ферромагнетиками могут быть различные сплавы, содержащие ферримагнитные элементы. Широкое применение в технике получили керамические ферримагнитные материалы – ферриты.

Для каждого ферромагнетика существует определенная температура (так называемая температура или точка Кюри), выше которой ферримагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком. У железа, например, температура Кюри равна 770 °C, у кобальта 1130°C, у никеля 360°C.

Ферримагнитные материалы делятся на две большие группы – на магнито-мягкие и магнито-жесткие материалы. Магнито-мягкие ферромагнитные материалы почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле становится равным нулю. К магнито-мягким материалам относится, например, чистое железо, электротехническая сталь и некоторые сплавы. Эти материалы применяются в приборах переменного тока, в которых происходит непрерывное перемагничивание, то есть изменение направления магнитного поля (трансформаторы, электродвигатели и т.п.).

Магнито-жесткие материалы сохраняют в значительной мере свою намагниченность и после удаления их из магнитного поля. Примерами магнито-жестких материалов могут служить углеродистая сталь и ряд специальных сплавов. Магнито-жесткие материалы используются в основном для изготовления постоянных магнитов.

Электромагнитная индукция.. Магнитным потоком N_b (наиболее принятое обозначение Ф) через произвольную поверхность S называется количество силовых линий, пронизывающих эту поверхность. Элементарным магнитным потоком Ф сквозь бесконечно малую площадку называется величина dФ = B cosαdS, где α – угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью площадке dS. Сквозь поверхность S [м²]. Ф = s∫ dФ = s∫ B cos α dS

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур. Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции E_инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус. Закон Фарадея формулируется следующим образом: Циркуляция вектора Е по замкнутому контуру пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего площадь рамки. - закон Фарадея.

Величина называетсяэлектродвижущей силой (ЭДС) и есть не что иное, как работа по перемещению единичного заряда на величину l. Е – напряженность электрического поля, т.е. при изменении магнитного потока через рамку, появляется электрическое поле, величина которого пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Суть электромагнитной индукции заключается в том, что изменяющееся магнитное поле порождает электрическое.

Уравнения Максвелла. Классическая теория электромагнетизма создана Максвеллом, который обобщил все известные на тот момент экспериментальные и теоретические данные, а именно теорему Гаусса, закон Ампера, закон Фарадея. Максвелл постулировал, что циркуляция напряженности электрического поля по замкнутому контуру возникает всегда, когда меняется величина потока магнитной индукции через поверхность, натянутую на этот контур, безотносительно к тому, возникает ли в контуре электрический ток под действием электродвижущей силы индукции или нет. Т.е. циркуляция вектора Е возникает в любом произвольном замкнутом контуре, который пронизывает изменяющийся магнитный поток.. Величину Максвелл назвал током смещения. В результате уравнения электромагнетизма (в алгебраической, интегральной и дифференциальной форме в системе СИ) приобретают вид, представленный в таблице.

Теорема Гаусса
Закон о циркуляции вектора В с поправкой Максвелла.
Закон Фарадея
Теорема Гаусса для магнитного поля

Рассматривая уравнения 2 и 3 совместно, можно сделать вывод - переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, а переменное электрическое поле порождает вихревое поле магнитное. В результате появления в любой точке пространства переменного электрического поля (или магнитного) происходит перемещение электромагнитного возмущения в пространстве, т.е. возникает электромагнитная волна. Электрическая и магнитная постоянные связаны с коэффициентом С отношением. Коэффициент С физическая постоянная, имеющая размерность скорости и равная приблизительно 300000 м/с. Можно показать, что С – это скорость распространения электромагнитной волны в вакууме. Таким образом – электромагнитная волна – бегущая во времени и пространстве напряженность электрического и магнитного поля, так как изменяясь они порождают друг друга. Энергия электромагнитной волны W пропорциональна квадрату амплитуды вектора напряженности.

Электромагнитные волны. Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:

1. существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле;

2. электромагнитные волны поперечны – векторы и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис.3.28);

3. электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью С.

Рис. 3.28. Электромагнитная волна: вектор Е колеблется в вертикальной плоскости, вектор В – в горизонтальной; плоскости колебаний перпендикулярны направлению распространения волны (волна поперечная).

Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных. В вакууме с системе СИ. Здесь ε₀ и μ₀ – электрическая и магнитная постоянные: ε₀ = 8,85419·10–12 Ф/м, μ₀ = 1,25664·10–6 Гн/м. В веществе vε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества.

4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади. в электромагнитной волне модули индукции магнитного поля и напряженности электрического поля в каждой точке пространства связаны соотношением Плотность потока энергии в СИ измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).

В зависимости от частоты или длины волны весь диапазон электромагнитных волн делится на ряд областей (рис.3.29).

3 dD6NcqLAkgLHTgQ8ke5EgQ9mCuQnfD6Y53ia24kCJwqcKHCiwIkCJwp88FHglEh/8PH0NKMTBU4U OFHgA4YC/ETHqZj0AcOuE6InCpwocKLAiQInCpwo8P9T4JRIn0ThRIETBU4UOFHgRIETBU4UOFHg RIETBU4UOFHgRIFzUOB/JNKnGycKnChwosCJAicKnChwosCJAicKnChwosCJAicKnChwosCJAicK nChwosCJAicKnChwosCJAicKnChwosCJAicKXKgU+P8AalUf8XPKZI0AAAAASUVORK5CYIJQSwEC LQAUAAYACAAAACEAsYJntgoBAAATAgAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNd LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAADsBAABfcmVscy8u cmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQBLYlmV/wMAAM0JAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAADoCAABkcnMvZTJv RG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQCqJg6+vAAAACEBAAAZAAAAAAAAAAAAAAAAAGUGAABkcnMv X3JlbHMvZTJvRG9jLnhtbC5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAI2Zca7dAAAACQEAAA8AAAAAAAAA AAAAAAAAWAcAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLAQItAAoAAAAAAAAAIQBNPGeS1X0DANV9AwAUAAAA AAAAAAAAAAAAAGIIAABkcnMvbWVkaWEvaW1hZ2UxLnBuZ1BLBQYAAAAABgAGAHwBAABphgMAAAA= ">

Рис. 3.29.Шкала электромагнитных колебаний.

Между разными областями спектра электромагнитных волн нет четких границ, они непрерывно переходят друг в друга. Самые длинноволновая его часть – радиоволны. Они используются для радионавигации, межспутниковой связи, разнообразного радиовещания и телевидения. Ближе к краю радиоволнового диапазона, не занятого радиостанциями, расположились частоты для сотовой связи – около нескольких ГГц (т.е. порядка десятков сантиметров). С помощью еще более высокочастотного излучения работают микроволновые печи, этот диапазон так и называется – микроволны. С уменьшением длины волны микроволны постепенно сменяются инфракрасным излучением, за которым следует видимый свет. Частоты более высокие, чем видимый свет относятся к ультрафиолетовому диапазону. Инфракрасная, видимая и ультрафиолетовая область относятся к оптическому диапазону. Следующая область электромагнитного спектра – рентгеновские лучи. Самые коротковолновые из известных нам электромагнитных волн называются гамма-лучами. Они возникают в ядерных процессах, обладают высокой проникающей способностью и составляют самую опасную для человека компоненту радиоактивного излучения.

Уравнения Максвелла и теория относительности. В отличие от законов механики законы электромагнетизма изменяются при переходе от одной инерциальной системы к другой. Примером этого могут служить силы, действующие со стороны заряженного проводника на заряд, расположенный на некотором расстоянии от проводника. Эти силы с точки зрения неподвижного наблюдателя и наблюдателя, идущего со скоростью v вдоль проводника, разные. Таким образом, обнаружились определенные противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона, законы которой согласуются с принципом относительности. Эти противоречия разрешаются теорией относительности, суть которой состоит отказе от классических представлений о пространстве и времени, с тем, чтобы сохранить как принцип относительности, так и законы Максвелла. При этом для перехода от одной ИСО к другой используются преобразования Лоренца. Таким образом, уравнения Максвелла явились толчком к появлению теории относительности.

Дата добавления: 2014-01-20