7.Теорія електромагнітних хвиль Максвелла( струм зміщення, рівняння Максвелла, швидкість розповсюдження електромагнітниххвиль)

Уявлення Фарадея про поле дуже зацікавили Д. К. Максвелла (1831-1879). Він не тільки розвинув їх, але й надав їм математичної форми — так з'явилися знамениті рівняння Максвелла.

Теорія електрики й магнетизму, відкрита Фарадеєм у 1830 p., грунтувалася на таких положеннях:

1. Електричні заряди спричинюють сили, що діють між цими зарядам и й описуються законом Кулона або електричними полями.

2. Провідники, що несуть струми, спричинюють сили, що діють між цими провідниками й описуються законом Ампера або магнітними полями.

3. Магнітні заряди не існують.

4. Змінні магнітні поля збуджують електричні поля — закон Фарадея.

5. Електричний заряд зберігається: повний заряд у будь-якій частині простору залишається незмінним, якщо в цю частину не входять (і з неї не виходять) інші заряди.

Максвелл, який першим записав рівняння електрики й магнетизму, зауважив, розглядаючи зазначені вище твердження як постулати, що вони внутрішньо суперечливі, незважаючи на те, що всі твердження про електрику й магнетизм були ретельно відібрані в результаті експериментальних спостережень.

Максвелл відшукав суперечність серед постулатів електромагнетизму в законі Ампера. Якщо цей закон, записаний у відомій тоді формі, справедливий, він суперечить закону збереження заряду. Відповідно до цього закону, магнітні поля збуджуються тільки струмами, що, чесно кажучи, при правильному формулюванні може видатися досить дивним. Так як електричні поля збуджуються як зарядами, так і (відповідно до закону Фарадея) змінними магнітними полями. Якщо дбати до симетрію, то можна було б припустити, що й магнітні поля збуджуються не тільки струмами, але й змінними електричними* полями. Саме це уточнення до закону Ампера дозволило Максвеллові усунути суперечність щодо закону збереження електрики.

Струм зміщення

Максвеллівська модифікація закону Ампера привела до того, що рівняння електромагнетизму стали несуперечливими й симетричними: із закону Фарадея випливає, що змінне магнітне поле породжує електричне поле, а тепер, після введення Максвеллом струму зміщення, можна стверджувати, що і змінне електричне поле збуджує магнітне поле.

З різних чисто технічних причин ефекти струму зміщення дуже важко спостерігати, поки швидкість зміни полів не стає дуже великою; знадобилося 20 років, перш ніж Герцу, уже після смерті Максвелла, вдалося одержати перше експериментальне підтвердження теорії Максвелла.

Роботи Максвелла дали можливість сформулювати рівняння для електричних і магнітних полів у вигляді, еквівалентному таким шести твердженням:

1. Електричне поле, що відповідає якому-небудь розподілу зарядів, визначається за законом Кулона.

2. Магнітні заряди не існують.

3. Закон Фарадея: змінне магнітне поле збуджує електричне поле.

4. Закон Ампера: струми й змінні електричні поля збуджують магнітне поле.

5. Заряд зберігається.

6. Електричне й магнітне поля діють на заряди із силою, яка визначається за формулою Лоренца.