link1628 link1629 link1630 link1631 link1632 link1633 link1634 link1635 link1636 link1637 link1638 link1639 link1640 link1641 link1642 link1643 link1644 link1645 link1646 link1647 link1648 link1649 link1650 link1651 link1652 link1653 link1654 link1655 link1656 link1657 link1658 link1659 link1660 link1661 link1662 link1663 link1664 link1665 link1666 link1667 link1668 link1669 link1670 link1671 link1672 link1673 link1674 link1675 link1676 link1677 link1678 link1679 link1680 link1681 link1682 link1683 link1684 link1685 link1686 link1687 link1688 link1689 link1690 link1691 link1692 link1693 link1694 link1695 link1696 link1697 link1698 link1699 link1700 link1701 link1702 link1703 link1704 link1705 link1706 link1707 link1708 link1709 link1710 link1711 link1712 link1713 link1714 link1715 link1716 link1717 link1718 link1719 link1720 link1721 link1722 link1723 link1724 link1725 link1726 link1727 link1728 link1729 link1730 link1731 link1732 link1733 link1734 link1735 link1736 link1737 link1738 link1739 link1740 link1741 link1742 link1743 link1744 link1745 link1746 link1747 link1748 link1749 link1750 link1751 link1752 link1753 link1754 link1755 link1756 link1757 link1758 link1759 link1760 link1761 link1762 link1763 link1764 link1765 link1766 link1767 link1768 link1769 link1770 link1771 link1772 link1773 link1774 link1775

Электричество и магнетизм. Часть 4

Лекция 15

Уравнения Максвелла.

4.11. Сравнение основных теорем электростатики и магнитостатики.

До сих пор мы изучали статические электрические и магнитные поля, то есть такие поля, которые создаются неподвижными зарядами и постоянными токами. Основные уравнения, описывающие свойства этих полей, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные уравнения электростатики и магнитостатики.

 

Электростатика

Магнитостатика

Теорема Гаусса

clip_image002

Источники электрического поля — заряды

clip_image004

Соленоидальность магнитного поля

Теорема о циркуляции поля

clip_image006clip_image008

Потенциальность электрического поля

clip_image010

Источники магнитного поля — токи

Материальные уравнения

clip_image012

clip_image014

Первое, на что обращает внимание сравнение этих уравнений — это то, что постоянные электрическое и магнитное поля имеют различную физическую сущность: источниками электростатического поля являются заряды, источниками магнитного поля — постоянные токи; электростатическое поле является потенциальным, а магнитное — вихревым (соленоидальным).

Второе, что более важно для дальнейшего — это то, что система уравнений электростатики не содержит никаких характеристик магнитного поля, как и система уравнений магнитостатики не содержит никаких характеристик электрического поля. Другими словами, уравнения электростатики и магнитостатики являются независимыми, а электрические и магнитные поля, описываемые этими уравнениями, существуют отдельно одно от другого.

С другой стороны, нам известны по крайней мере два явления, которые указывают на взаимосвязь электрических и магнитных полей. Первое из них — появление магнитного поля у заряда, движущегося относительно неподвижного наблюдателя (или при движении наблюдателя относительно неподвижного заряда). В данном случае один и тот же объект — электрический заряд — является источником как электрического, так и магнитного полей (рис.15.1).

clip_image016 clip_image018

Рис.15.1. Движущийся электрический заряд является источником электромагнитного поля.

clip_image019Другое явление это — явление электромагнитной индукции, в котором переменное магнитное поле является причиной возникновения электрического тока — направленного движения зарядов в проводнике (рис.15.2).

Рис.15.2. Переменное магнитное поле приводит в движение электрические заряды.

Глубокая взаимосвязь и взаимопревращаемость электрических и магнитных полей в природе были установлены Джеймсом Максвеллом (Maxwell J., 1831-1879), обобщившим труды Фарадея и создавшим теорию электромагнитного поля. В основе этой теории лежит система уравнений (получивших название уравнений Максвелла), которая позволила описать не только всю совокупность известных тогда электрических и магнитных явлений, но и предсказать новые явления, в частности, существование электромагнитных волн. Теория Максвелла является одной из самых совершенных физических теорий. Достаточно сказать, что она послужила базисом для создания А.Эйнштейном (Einstein A., 1879-1955) специальной теории относительности. Отметим также, что в настоящее время не известно ни одного экспериментального факта из области макроскопических электромагнитных явлений, который противоречил бы этой теории. Перейдем к изучению основ теории Максвелла.

 

Вы здесь: Главная Физика Электричество и магнетизм Электричество и магнетизм. Часть 4