Основные величины, характеризующие электромагнитное поле

Электромагнитное поле

Электромагнитное поле проявляется в силовом воздействии на заряженные тела; эти силы, в свою очередь, представляются векторами. Таким образом, электромагнитное поле может быть описано с помощью математической модели – векторного поля.

Электрическое поле характеризуется силовым взаимодействием как с неподвижными, так и с движущимися зарядами, причем кинетическая энергия движущейся частицы при этом взаимодействии изменяется. Напряженность электрического поля – это векторная величина, определяющая силу , действующую на частицу, имеющую единичный заряд , со стороны электрического поля:

, В/м.

Направление вектора совпадает с направлением действия силы. Заряд – скалярная величина. Если заряд отрицателен, то направление действия силы и направление вектора напряженности электрического поля противоположны. Определив напряженность поля во всех его точках, можно провести ряд линий так, чтобы в каждой точке этих линий касательные к ним совпадали по направлению с вектором напряженности (рис. 10.1). Это – силовые линии поля; их совокупность дает картину поля.

Силовые линии имеют начало и конец; они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных; силовые линии всегда перпендикулярны к поверхности проводника.

Для материальных сред вводят второе векторное поле , названное полем электрического смещения или электрической индукции. Величины и в вакуумесвязаны соотношением:

[Кл/м²],

где e₀=8,854·10^-12 Ф/м – постоянная, найденная экспериментально и названная электрической постоянной вакуума.

Если в электрическое поле поместить непроводник (диэлектрик), то часть электрического поля будет обусловлена поляризацией диэлектрика и направлена против внешнего поля . Напряженность электрического поля уменьшится с до . Отношение этих значений напряженности электрического поля называется относительной диэлектрической проницаемостью:

.

Она показывает, во сколько раз сила взаимодействия между электрическими зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме.

Абсолютную диэлектрическую проницаемость представляют в виде произведения двух величин:

.

Свойства среды могут либо изменяться по определенному закону от точки к точке – такие среды называют неоднородными, либо в любой точке оставаться неизменными – это однородные среды. Среды, физические свойства которых вокруг любой точки одинаковы по всем направлениям, – изотропные. Величина e для изотропных сред постоянна. Среды, свойства которых различны по разным направлениям, – анизотропные.

Магнитное поле характеризуется силовым взаимодействием лишь с движущимися зарядами, причем кинетическая энергия заряженных тел остается при этом постоянной. Как и при электрическом взаимодействии, магнитное поле в вакууме может быть описано с помощью единственного векторного поля. Это поле магнитной индукции [Тл]. Принцип его определения основан на том, что точечный заряд q, движущийся в электромагнитном поле со скоростью , испытывает действие силы, называемой силой Лоренца:

.

Первый член в этом выражении обусловлен действием электрического поля, второй – магнитного. Магнитная часть силы Лоренца всегда действует перпендикулярно к траектории частицы.

В природе существует довольно большой класс веществ, помещение которых в магнитное поле приводит к его изменению. Они называются магнетиками. Для явлений в магнетиках задание векторного поля оказывается недостаточным. Поэтому вводится второе векторное поле [А/м], называемое напряженностью магнитного поля. В вакууме векторы и связаны между собой следующим соотношением:

,

где m₀=1,257·10^-6 Гн/м – магнитная постоянная вакуума. Величина учитывает свойства среды и называется магнитной проницаемостью (здесь – относительная магнитная проницаемость).

Если соотношения и для какой-либо среды линейны, то такая среда также называется линейной.

Дата добавления: 2014-12-26