Поле по отношению к среде считается сторонним, если оно накладывается на среду и проникает в нее без своего изменения. Но, проникая в среду, стороннее поле изменяет ее электромагнитное состояние и таким образом возбуждает в среде свое собственное индуцированное поле. По физической природе оно такое же, как стороннее поле. Эти два поля могут дополнять друг друга, но могут и противостоять друг другу, что приводит к разным вариантам результирующего внутреннего поля в среде.

Если E₀ и B₀ – это сторонние поля, а E’ и B’ – индуцированные собственные поля, то результирующие внутренние поля E и B можно представить одинаковыми обобщенными выражениями соответственно для диэлектриков и магнетиков.

Следует подчеркнуть, что сторонние и собственные поля существуют в среде совместно и оказывают на вещество среды совместное воздействие. Это значит, что состояние вещества среды определяется именно результирующим, а не сторонним полем. Только в том случае, когда стороннее поле доминирует, как например в газообразных средах, его можно считать определяющим.
——————–
Спонсор дня:
Высококачественные гидромассажные бассейны spa из США, Канады и Европы от известной компании SuperSpa, которая существует на рынке уже 16 лет. Заказывайте бассейн для по-настоящему здорового отдыха, компания SuperSpa с радостью Вам предоставит свои услуги.

Поскольку электромагнитная волна не только обладает энергией, но и переносит её со скоростью:

то очевидно векторные величины:

выражают соответственно мгновенную и усреднённую плотность потока энергии электромагнитного поля в направлении распространения волны. После подстановки и преобразований следует:

где П – вектор Пойтинга, а П_ср – его усреднённое значение, которое часто называется интенсивностью электромагнитной волны. Обе величины П и П_ср в системе СИ измеряется в Вт⁄м².

Электрическое и магнитное поля инвариантностью не обладают. Если в неподвижной инерциальной системе отсчёта K фиксируются характеристики электромагнитного поля E, D, B, H в данной точке пространства, то в другой системе отсчёта K’ в той же точке пространства будут фиксироваться иные значения указанных характеристик E, D, B, H и это соответствует действительности. Если скорость подвижной системы K’ мала по сравнению со скоростью света (ν<<c), то релятивистские преобразования приводят к следующей взаимосвязи между полями в системах K и K’:

Здесь поля в системе K выражены через поля в системе K’. Это преобразование от K’ к K. В случае обратного преобразования от K к K’ достаточно в приведённых формулах переставить штрих и заменить знак ν на противоположный. Из приведённых формул следует, что если в одной системе отсчёта фиксируется только одно из двух полей – электрическое или магнитное, то в другой системе отсчёта могут фиксироваться в той же точке пространства два поля одновременно электрическое и магнитное. Важен и обратный вывод. От двух полей электрического и магнитного можно перейти только к одному из них путём перехода в другую систему отсчёта. Таким образом, электрическое и магнитное поля относительны, их характеристики зависят от выбора системы отсчёта.
Читать дальше…

Переменные поля E и H, образующие волну, обладают энергией. Существенным является то, что плотность энергии этих полей w_э и w_м одинакова. При w_э = w_м это приводит к более конкретному выражению плотности общей энергии волны

w = w_э + w_м = 2w_э = 2w_м

или иначе

w = εε₀ · Ε² = μμ₀ · Η².

В частности для одномерной волны

w = w₀sin ² (wt – kx),

где амплитуда плотности энергии w₀ определяется амплитудными значениями Ε₀ и Η₀,  соответственно

w₀ = εε₀ · Ε₀² = μμ₀ · Η₀².

Таким образом плотность энергии электромагнитной волны в данной точке пространства всегда положительна, но колеблется с удвоенной частотой и её среднее значение составляет половину амплитудного

w_ср = ½ · w₀.
Читать дальше…

Одно из фундаментальных свойств электромагнитных волн состоит в том, что скорость их распространения в свободном пространстве не зависит ни от частоты волн, ни от их интенсивности. При любых значениях этих параметров скорость волны совпадает со скоростью света и иной не бывает. Физическими свойствами волнового электромагнитного поля обладают:

• радиоволны      10⁵ – 10¹¹ Гц,
• световые волны      10¹² – 10¹⁶ Гц,
• рентгеновские лучи      10¹⁷ – 10¹⁹ Гц,
• γ – лучи      10¹⁹ – 10²¹ Гц.

Все эти виды излучения с общим диапазоном по частоте от 10⁵ до 10²¹ Гц или по длинам волн от 10³ до 10^-13 м распространяются в свободном пространстве с одинаковой скоростью, равной скорости света. Особая физическая значимость скорости света получила дополнительное обоснование, когда экспериментальными исследованиями было доказано, что скорость световой электромагнитной волны остаётся одинаковой в различных инерциальных системах отсчёта, независимо от того, как при этом движутся сами системы отсчёта – по ходу волны или навстречу ей.

С позиции механического принципа относительности этот результат был неожиданным, но он был признан как физическая реальность большой фундаментальной значимости. В силу этого он был положен в основу специальной теории относительности в качестве её первого постулата: скорость света абсолютна во всех инерциальных системах отсчёта и является универсальной константой для всех электромагнитных излучений.
Читать дальше…

В отличие от макроскопических излучателей в виде переменных диполей или антенн, требующих своего технологического изготовления, квантовые источники существуют естественно и представляют собой излучающие микросистемы в виде молекул, атомов и атомных ядер. Хотя сами макро – и микроисточники отличны друг от друга в принципе, их излучения обладают целым рядом одинаковых свойств фундаментальной физической значимости. Это прежде всего то, что излучаемые поля в обоих случаях имеют одинаковую электромагнитную природу и распространяются с одинаковой скоростью, совпадающей со скоростью света, а также то, что излучаемые поля в обоих случаях обладают энергией и переносят ее в направлении своего распространения.

Они так же обладают массой, импульсом и другими физическими признаками своей материальности. Но столь же значимы и фундаментальные различия между источниками и их излучением. В отличие от макроисточника, способного к непрерывному излучению электромагнитного поля, микроисточник способен только к единичным практически мгновенным актам излучения отдельных квантов электромагнитного поля. Существенно то, что квант проявляет себя как автономная частица с сосредоточенной массой и импульсом

Вместе с тем квант ведет себя как электромагнитная волна, частотно – волновые свойства которой определяют энергию кванта

где h – постоянная Планка. Таким образом, кванты электромагнитного излучения обладают двойственными свойствами или иначе корпускулярно – волновым дуализмом.
Читать дальше…

Макроскопическая электродинамика рассматривает электромагнитные явления в диэлектриках, магнетиках и проводниках как явления в сплошных средах, а электрические, магнитные и электромагнитные поля в этих средах как поля физически реальные, материальные и непрерывные, но локально усредненные. Усредненные характеристики сплошных сред, такие, например, как удельное сопротивление, удельная электропроводность, диэлектрическая проницаемость, магнитная проницаемость и многие другие, надежно контролируются экспериментом точно так же, как и усредненные поля в сплошных средах.

Надежной опытной экспертизе поддаются и фундаментальные законы электромагнитных явлений, выраженные на «языке» характеристик сплошной среды и сплошного усредненного поля. Опираясь на этот фундамент макроскопической электродинамики, можно вернуться от модельного приближения сплошной среды к ее реальному содержанию, т.е. к веществу среды с ее конкретным структурным составом – атомным, молекулярным, ионным и т.п. И тогда открывается возможность выразить усредненные электромагнитные характеристики сплошной среды через характеристики вещества среды, т.е. раскрыть микрофизическое содержание макрофизических характеристик.

Этот путь, выходит за рамки макроскопической электродинамики, но выполняется в согласии с ней на основе применения квантовой механики, физики твердого тела, физики жидкостей и газов, физики плазмы, физической электроники, квантовой электродинамики и других разделов современной физики.
Читать дальше…

Выражение поля через усреднённые величины означает, что и само поле в сплошной среде тоже рассматривается как непрерывный материальный континуум, локально усреднённый в каждом элементе среды dV. Но кроме пространственного усреднения, поле усредняется ещё и по интервалам времени dt, чтобы сгладить влияние на него хаотического теплового движения заряжённых частиц среды. Таким образом, поле в среде непрерывно и сглажено путём его локального усреднения по пространству и по времени.

Инвариантность скорости света в различных инерциальных системах отсчёта потребовала радикального пересмотра физических представлений о пространстве и времени. Она привела к отказу от классических взглядов, согласно которым пространство и время считались абсолютными и способными существовать сами по себе без материи, проявляя полную инвариантность к различным инерциальным системам отсчёта. Строгим физическим обоснованием было показано, что пространство и время без материи существовать не могут и не могут проявлять себя независимо от разных инерциальных систем отсчёта. Столь радикальные выводы вытекают из преобразований Лоренца, заложенных в основу специальной теории относительности. В этих преобразованиях выражается релятивистская взаимосвязь между координатами и временем в различных инерциальных системах отсчёта K и K’:

Из них следует, что пространство и время не абсолютны, а относительны и инвариантностью не обладают. Это обусловлено фундаментальным свойством электромагнитного поля – его абсолютной скоростью распространения, совпадающей во всех случаях со скоростью света. Из них также следует, что скорость света – это предельная возможная в природе максимальная скорость движения.

Читать дальше…

В соответствии с первым уравнением Максвелла rotH = j+j_см магнитное поле переменного тока образуется совместно током проводимости и током смещения, тогда как при постоянном токе оно образуется только током проводимости rotH = j,  поскольку  j_см = 0. При переменном токе проводимости ток смещения неизбежен, но вместе с тем могут выполняться такие условия, при которых током смещения можно пренебречь по сравнению с током проводимости.

При подобных условиях магнитное поле переменного тока определяется только током проводимости как и в случае постоянного тока. Это непосредственно следует из первого уравнения Максвелла

Таким образом, если магнитное поле переменного тока подчиняется таким же законам как и постоянного тока, то оно квазистационарно. Квазистационарное приближение имеет важное прикладное значение. Оно существенно упрощает расчет магнитных полей переменных токов путем прямого использования технологии расчета полей постоянного тока, но только при условии, когда током смещения можно пренебречь.
Читать дальше…