2Ую пару ум, отражающих свойства силовых полей, образует выражение закона Гаусса для эп:
к-рое,
как изв-но, выражает свойство электростатич.
поля – его силовые линии начинаются и
заканчиваются на полюсах-зарядах.
Законом (теоремой) Гаусса для МП
характеризован замкнутый характер
силовых линий МП (тем самым установлено
отсутствие магнитных зарядов). Соотношения
(1)-(4)
образуют систему
УМ.
Материальные уравнения.
Уравнения М-ла указывают на существование единого ЭМП. В материальных ур-ниях учитывают тот факт,
что
явления, означающие взаимосвязь полей,
всегда развертываются в некоторой
среде. Поэтому в систему УМ
включают соотношения между силовыми
характеристиками полей – абсолютными
и «привязанными» к среде
К этому же относят и дифференциальную
запись закона Ома для цепи, содержащей
источник ЭДС
(источник сторонних сил, характеризуемых
напряжённостью поля
здесь
проводимость
(характеристика
проводящего свойства среды),
Cвязь
смещения и напряжённости ЭП
м-т формулироваться таким ур-нием :
Система уравнений Максвелла.
Итак,
в полной (для
нашего курса)
формулировке основные уравнения
электродинамики запишутся так (включено
также полученное в электростатике
соотношение
для связи скалярного потенциала
с напряжённостью
поля
):
Здесь
представлена интегральная запись
основных уравнений, используемая обычно
для обсуждения принципиальных проблем
взаимосвязи электрич. и магнитного
полей в системе единого ЭМП и – довольно
редко – для конкретных расчетов входящих
в неё величин. Смысл любых уравнений в
том, чтобы определить неизвестные
величины, по нек-рым параметрам и
условиям, к-рые представляют физич.
ситуацию. Задача поиска обычно ставится
так – заданы параметры среды
распределение зарядов
и токов
а
также граничные условия для связи
значений переменных на поверхностях
раздела сред с разными параметрами, и
требуется определить зависимости
и
(или)
Для
подобных расчетов используют систему
УМ в дифференциальной форме, записанную
Г.Герцем.
Итак, уравнениями Максвелла, основанными на ряде фундаментальных эффектов электромагнетизма, устанавливается единство электромагнитного поля. Разделение ЭМП на составляющие поля – относительно, считается обоснованным при теоретич. рассмотрении нек-рых эффектов.
Перенос энергии ЭМП. Физическая суть системы УМ еще и в том, что ими выражен закон сохранения энергии ЭМП. На их основе доказывается следующее соотношение:
В его левой части стоит величина мощности
источника ЭДС,
к-рая д-на расходоваться на выделение
тепловой мощности («джоулевой» теплоты)
Р
=
(справа), на увеличение энергии ЭМП
в
цепи (с плотностью
и, наконец, на излучение энергии ЭМП
(3-е слагаемое). Величина мощности
излучаемого поля устанавливается
теоремой Умова-Пойнтинга
Здесь
Физич. смысл вектора
с размерностью [Вт/м2]
в том, что это
поток
мощности
ЭМ
поля ч/з единичную площадку, нормаль к
к-рой параллельна потоку.
Эту
величину называют
вектором
Пойнтинга,
излучаемую
мощность ЭМ
поля
потоком
вектора Пойнтинга.
Этот поток в теореме определяется
сквозь замкнутую поверхность ,
окружающую (как правило, это
сфера) электрич. цепь с источником ЭДС.
Соотношение (5) читается т.о.: в ед-це объёма за ед-цу времени работа сторонних сил в источнике ЭДС идет на покрытие джоулевых потерь в цепи, на увеличение ЭМ энергии и на покрытие убыли энергии, вытекающей наружу. В этом выражение закона сохранения энергии ЭМ поля. Структура соотношения (5) указывает, что в электрич. цепи обязат-но д-но происходить испускание энергии ЭМ поля. Этот процесс характеризуется особой величиной - вектором Пойнтинга. В ЭМ поле, т.о., возможен перенос энергии.
Когда по проводнику идет ток, в каждом участке проводника выделяется тепло. Оч-но, выделяющаяся энергия д-на кaк-то транспортироваться от источника к данному участку. Оказывается, существует стационарный поток ЭМ поля в простр-ве вокруг проводника, описываемый вектором Пойнтинга. Электрич. поле вдоль проводника имеет тангенциальную (вдоль проводника) и нормальную (перпендикулярно к его поверхности) составляющие (одной обусловлено течение тока вдоль пр-ка, другая зависит от поверхностных ЭЗ). Магнитное поле направлено по касательной к силовым линиям, замыкающимся вокруг электрич. тока. Получается, что существуют две составляющие потока ЭМ энергии - внутрь проводника из диэлектрика (или вакуума) его окружающего и вдоль проводника. Втекающая в проводник энергия превращается в нем в тепло чем меньше сопротивление, тем меньше этот поток. На участке со сторонними силами этот поток направлен из материала источника наружу. T.o., соединительные проводники в электрич. цепях, напр-р, провода в технич. электрич. сетях, являются лишь направляющими элементами («ведущими» ЭМ поле) цепи, вдоль к-рых от источника передаётся энергия ЭМ поля.
