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