imported>Иван Додин: /* Специальные разделы электродинамики */

2025-10-17T19:04:37Z

Специальные разделы электродинамики

Новая страница

{{Электродинамика}}
[[Файл:Solenoid-6.jpg|мини|250пкс|Визуализация [[Магнитное поле|магнитного поля]] [[соленоид]]а]]
'''Электродина́мика''' — раздел [[физика|физики]], изучающий [[электромагнитное поле]] в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими [[электрический заряд]] ([[электромагнитное взаимодействие]])<ref name="ЭСБЕ 1">{{ВТ-ЭСБЕ|Электродинамика|[[Баумгарт, Карл Карлович|Баумгарт К. К.]],}}</ref>. Предмет электродинамики включает связь электрических и магнитных явлений, [[электромагнитное излучение]] (в разных условиях, как свободное, так и в разнообразных случаях взаимодействия с веществом), [[электрический ток]] (вообще говоря, переменный) и его взаимодействие с электромагнитным полем (электрический ток может быть рассмотрен при этом как совокупность движущихся заряженных частиц). Любое электрическое и магнитное взаимодействие между заряженными телами рассматривается в современной физике как осуществляющееся посредством электромагнитного поля, и, следовательно, также является предметом электродинамики.

Чаще всего под термином ''электродинамика'' по умолчанию понимается ''классическая'' электродинамика, описывающая только непрерывные свойства [[электромагнитное поле|электромагнитного поля]] посредством системы [[уравнения Максвелла|уравнений Максвелла]]; для обозначения современной [[квантовая теория|квантовой теории]] электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами обычно используется устойчивый термин ''[[квантовая электродинамика]]''. Термин «электродинамика» ввёл [[Ампер, Андре-Мари|Андре-Мари Ампер]], опубликовавший в 1823 году работу «Конспект теории электродинамических явлений».

== Основные понятия ==
Основные понятия, которыми оперирует электродинамика, включают в себя:
* [[Электромагнитное поле]] — это основной предмет изучения электродинамики, вид [[Материя (физика)|материи]], проявляющийся при взаимодействии с заряженными телами. Исторически разделяется на два поля:
** [[Электрическое поле]] — создаётся любым заряженным телом или переменным магнитным полем, оказывает воздействие на любое заряженное тело.
** [[Магнитное поле]] — создаётся движущимися заряженными телами, заряженными частицами, имеющими [[спин]], и переменными электрическими полями, оказывает воздействие на движущиеся заряды и заряженные тела, имеющие спин. (Понятие спина в [[Обменное взаимодействие|обменном взаимодействии]] тождественных частиц учитывается в квантовой механике и представляет собой чисто квантовый эффект, исчезающий при предельном переходе к классической механике.)
* [[Электрический заряд]] — это [[Физическое свойство|свойство]] тел, позволяющее им взаимодействовать с электромагнитными полями: создавать эти поля, будучи их ''источниками'', и подвергаться ([[Сила|силовому]]) действию этих полей.
* [[Электромагнитный потенциал]] — [[4-вектор]]ная [[физическая величина]], полностью определяющая распределение электромагнитного поля в пространстве. В трехмерной формулировке электродинамики из него выделяют:
** [[Потенциалы электромагнитного поля|Скалярный потенциал]] — временна́я компонента 4-вектора
** [[Векторный потенциал#Векторный потенциал в физике|Векторный потенциал]] — трёхмерный вектор, образованный оставшимися компонентами 4-вектора.
* [[Вектор Пойнтинга]] — векторная физическая величина, имеющая смысл [[Плотность потока энергии|плотности потока энергии]] электромагнитного поля.

== Основные уравнения ==
Основными уравнениями, описывающими поведение электромагнитного поля и его взаимодействие с заряженными телами являются:
* [[Уравнения Максвелла]], определяющие поведение свободного электромагнитного поля в вакууме и среде, а также генерацию поля источниками. Среди этих уравнений можно выделить:
** [[Теорема Гаусса]] (закон Гаусса) для электрического поля, определяющая генерацию электростатического поля зарядами.
** Закон замкнутости силовых линий магнитного поля ([[Соленоидальность|соленоидальности]] магнитного поля); он же — [[Теорема Гаусса#Теорема Гаусса для магнитной индукции|закон Гаусса для магнитного поля]].
** [[Закон индукции Фарадея]], определяющий генерацию электрического поля переменным магнитным полем.
** [[Закон Ампера — Максвелла]] — [[теорема о циркуляции магнитного поля]] с добавлением [[Ток смещения (электродинамика)|токов смещения]], введённых Максвеллом, определяет генерацию магнитного поля движущимися зарядами и переменным электрическим полем.
* Выражение для [[Сила Лоренца|силы Лоренца]], определяющее силу, действующую на заряд, находящийся в электромагнитном поле.
* [[Закон Джоуля — Ленца]], определяющий величину тепловых потерь в проводящей среде с конечной проводимостью, при наличии в ней электрического поля.
Частными уравнениями, имеющими особое значение являются:
* [[Закон Кулона]] — в [[Электростатика|электростатике]] — закон, определяющий электрическое поле (напряженность и/или потенциал) точечного заряда; также законом Кулона называется и сходная формула, определяющая электростатическое взаимодействие (силу или потенциальную энергию) двух точечных зарядов.
* [[Закон Био — Савара — Лапласа]] — в [[Магнитостатика|магнитостатике]] — основной закон, описывающий порождение магнитного поля током (аналогичен по своей роли в магнитостатике закону Кулона в электростатике).
* [[Закон Ампера]], определяющий силу, действующую на элементарный ток, помещённый в магнитное поле.
* [[Теорема Пойнтинга]], выражающая собой [[закон сохранения энергии]] в электродинамике.
* [[Закон сохранения заряда]].

== Содержание электродинамики ==
Основным содержанием классической электродинамики является описание свойств электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными телами (заряженные тела «порождают» электромагнитное поле, являются его «источниками», а электромагнитное поле в свою очередь действует на заряженные тела, создавая электромагнитные силы). Это описание, кроме определения основных объектов и величин, таких как [[электрический заряд]], [[электрическое поле]], [[магнитное поле]], [[электромагнитный потенциал]], сводится к [[уравнения Максвелла|уравнениям Максвелла]] в той или иной форме и [[сила Лоренца|формуле силы Лоренца]], а также затрагивает некоторые смежные вопросы (относящиеся к математической физике, приложениям, вспомогательным величинам и вспомогательным формулам, важным для приложений, как например вектор [[плотность тока|плотности тока]] или эмпирический [[закон Ома|закона Ома]]). Также это описание включает вопросы сохранения и переноса энергии, импульса, момента импульса электромагнитным полем, включая формулы для [[плотность энергии электромагнитного поля|плотности энергии]], [[вектор Пойнтинга|вектора Пойнтинга]] и т. п.

Иногда под электродинамическими эффектами (в противоположность электростатике) понимают те существенные отличия общего случая поведения электромагнитного поля (например, динамическую взаимосвязь между меняющимися электрическим и магнитным полем) от статического случая, которые делают частный статический случай гораздо более простым для описания, понимания и расчётов.

== Специальные разделы электродинамики ==
* [[Электростатика]] описывает свойства статического (не меняющегося со временем или меняющегося достаточно медленно, чтобы «электродинамическими» эффектами можно было пренебречь, то есть, когда в уравнениях Максвелла можно отбросить, из-за их малости, члены с производными по времени) [[электрическое поле|электрического поля]] и его взаимодействия с электрически заряженными телами ([[электрический заряд|электрическими зарядами]]), которые также неподвижны или движутся с достаточно малыми скоростями (или, быть может, если есть и быстро движущиеся заряды, но они достаточно малы по величине), чтобы создаваемые ими поля можно было приближенно рассматривать как статические. Обычно при этом подразумевается и отсутствие (или пренебрежимая малость) магнитных полей<ref>Хотя можно считать, что это делается в целом скорее лишь для упрощения изложения, так как сочетание электростатики и магнитостатики (их совместное применение в рамках одной задачи) в принципе достаточно тривиально чтобы не представлять трудностей, сохраняя почти все преимущества того и другого приближения. Задачи же, когда это актуально, достаточно нередки.</ref>.
* [[Магнитостатика]] исследует постоянные токи (и постоянные магниты) и постоянные магнитные поля (поля не меняются во времени или меняются настолько медленно, что быстротой этих изменений в расчёте можно пренебречь), а также их взаимодействие.
* [[Электродинамика сплошных сред]] рассматривает поведение электромагнитных полей в [[Сплошная среда|сплошных средах]].
* [[Релятивистская электродинамика]] рассматривает электромагнитные поля в движущихся средах.

== Прикладное значение ==
Электродинамика лежит в основе [[Оптика#Физическая оптика|физической оптики]], физики распространения радиоволн, а также пронизывает практически всю физику, так как почти во всех разделах физики приходится иметь дело с электрическими полями и зарядами, а часто и с их нетривиальными быстрыми изменениями и движениями. Кроме того, электродинамика является образцовой физической теорией (и в классическом и в квантовом своём варианте), сочетающей очень большую точность расчётов и предсказаний с влиянием теоретических идей, родившихся в её области, на другие области теоретической физики.

Электродинамика имеет огромное значение в технике и лежит в основе: [[радиотехника|радиотехники]], [[электротехника|электротехники]], различных отраслей [[Связь (техника)|связи]] и [[радио]].

== История ==
Первым доказательством связи электрических и магнитных явлений стало экспериментальное открытие [[Эрстед, Ханс Кристиан|Эрстедом]] в [[1819]]—[[1820]] порождения магнитного поля электрическим током. Он же высказал идею о некотором взаимодействии электрических и магнитных процессов в пространстве, окружающем проводник, однако в довольно неясной форме.

В [[1831 год]]у [[Фарадей, Майкл|Майкл Фарадей]] экспериментально открыл явление и закон [[Закон электромагнитной индукции Фарадея|электромагнитной индукции]], ставшие первым ясным свидетельством непосредственной динамической взаимосвязи электрического и магнитного полей. Он же разработал (применительно к электрическому и магнитному полям) основы концепции физического поля и некоторые базисные теоретические представления, позволяющие описывать физические поля, а также [[1832 год]]у предсказал существование электромагнитных волн.

В [[1864 год]]у [[Максвелл, Джеймс Клерк|Дж. К. Максвелл]] впервые опубликовал полную [[Уравнения Максвелла|систему уравнений]] «классической электродинамики», описывающую эволюцию [[электромагнитное поле|электромагнитного поля]] и его взаимодействие с зарядами и токами. Он высказал теоретически обоснованное предположение о том, что [[видимое излучение|свет]] является [[электромагнитная волна|электромагнитной волной]], то есть объектом электродинамики.

В [[1895 год]]у [[Лоренц, Хендрик Антон|Лоренц]] внёс существенный вклад в построение классической электродинамики, описав взаимодействие электромагнитного поля с (движущимися) точечными заряженными частицами. Это позволило ему вывести [[преобразования Лоренца]]. Он же первым заметил, что уравнения электродинамики противоречат [[Классическая механика|ньютоновской физике]].

В [[1905 год]]у [[Эйнштейн, Альберт|А. Эйнштейн]] публикует работу «К электродинамике движущихся тел», в которой формулирует [[Специальная теория относительности|специальную теорию относительности]]. Теория относительности, в отличие от ньютоновской физики, находится в полном согласии с классической электродинамикой и логически завершает её построение, позволив создать её ковариантную формулировку в [[Пространство Минковского|пространстве Минковского]] через [[Электромагнитный потенциал|4-потенциал]] и [[тензор электромагнитного поля|4-тензор электромагнитного поля]].

В середине XX века была создана [[квантовая электродинамика]] — одна из наиболее точных физических теорий, служащая фундаментом и образцом для всех современных теоретических построений в физике элементарных частиц.

== См. также ==
* [[Квантовая электродинамика]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{ВТ-ЭСБЕ|Электродинамика|[[Баумгарт, Карл Карлович|Баумгарт К. К.]],}}

== Ссылки ==
* [http://electricalschool.info/spravochnik/electroteh/2335-samye-vazhnye-zakony-elektrodinamiki-kratko.html Самые важные законы электродинамики]
* [http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4652.html Статья ''«Электродинамика»'' в Физической энциклопедии]

{{нет источников |дата=2010-03-21}}
{{Разделы электродинамики|state=expanded}}

{{Разделы физики}}
[[Категория:Электродинамика|*]]

Электродинамика - История изменений

imported>Иван Додин: /* Специальные разделы электродинамики */