Электрический диполь становится излучателем при периодическом изменении своего электрического момента p = ql,  когда

Электрический момент p может осциллировать в двух случаях, когда l = const и осциллирует q и наоборот, когда q = const и осциллирует l. Как показывают расчеты, в обоих случаях результаты по мощности излучения получаются аналогичными

где постоянные A и K соответственно равны:

На рисунке схематично показан один из вариантов технической реализации переменного диполя с осциллирующим зарядом на неподвижных полюсах, формально представленных в виде металлических шаров.

Переменный электрический диполь

Как видно из рисунка, перезарядка полюсов связана с электрическим током между полюсами. Именно переменные заряды на полюсах и электрический ток между ними создают в синфазной зоне квазистационарное электромагнитное поле, как это показано на рисунке. Излучение свободного электромагнитного поля происходит вдали от диполя в волновой зоне (за пределами рисунка).
Читать дальше…

Электрический заряд при постоянной скорости движения является источником двух полей E и H. Но данное электромагнитное поле не отрывается от заряда и не излучается в окружающее пространство. Излучение возбуждается только при переменной скорости движения, когда заряд обладает некоторым ускорением α. Мощность излучения свободного электромагнитного поля определяется при этом квадратом ускорения

Только при гармонических колебаниях заряда происходит монохроматическое излучение поля на частоте осциллятора. При иных негармонических ускорениях заряда в излучаемом поле образуется частотный спектр.
Читать дальше…

Отрыв свободного электромагнитного поля происходит не от самого источника, а в волновой зоне на некотором расстоянии r _v от него. Тогда как в близи источника в зоне  r ₀ при   r₀ << r_v действует переменное квазистационарное электромагнитное поле, которое связи с источником не теряет и к излучению не способно. В промежуточной зоне

происходят сложные процессы преобразования неспособного к излучению квазистационарного поля к полю нестационарному, способному к излучению. По достижении волновой зоны излучение свободного электромагнитного поля возникает потому, что в соответствии с уравнениями Максвелла

периодически изменяющиеся поля Ε и H в этой зоне становятся способными порождать друг друга и распространяться по пространству без участия источника. Эти два уравнения Максвелла после своих преобразований приводятся к волновым уравнениям для полей E и H, а из них следует, что излучаемое свободное электромагнитное поле обладает волновыми свойствами. Удаляясь от источника, оно распространяется по пространству самостоятельно со скоростью

которая во всех веществах со свойствами ε ≈ 1 и μ ≈ 1 практически совпадает со скоростью света в вакууме (u ≈ c ). Это в основном идеальные диэлектрики и близкие к ним несовершенные диэлектрики.
Читать дальше…

Свободное электромагнитное поле, отрываясь от источника, уходит в окружающее пространство и потоком уносит с собой энергию. Произведение плотности энергии поля w на скорость его распространения u выражает плотность потока энергии P, а интеграл от плотности потока по замкнутой поверхности S вокруг источника определяет весь поток излучаемой энергии Ф соответственно

где П и Ф измеряется соответственно в Вт/м² и в Вт.

В нестационарных условиях различные среды проявляют себя как проводники и как диэлектрики одновременно. Эти двойные свойства среды проявляются в том, что под действием переменного электрического поля в среде возбуждается два тока различной физической природы – ток проводимости и ток смещения. Первый из них выражает проводниковые свойства среды и связан с движением в ней свободных зарядов, тогда как второй выражает ее диэлектрические свойства и определяется частично изменениями электрического поля и частично периодическими смещениями связанных несвободных зарядов. Оба тока осциллируют несинфазно но с одинаковой частотой, при этом проводниковые свойства среды от частоты зависят слабо, тогда как диэлектрические свойства среды проявляют сильную зависимость от частоты. По этой причине, варьируя частотой, можно создать такие условия, при которых проводниковые свойства среды будут преобладать над диэлектрическими, обеспечивая тем самым доминирование тока проводимости над током смещения. Как показывают соответствующие выкладки, это возможно только при сильном неравенстве:

где Ε означает диэлектрическую проницаемость среды, а σ – ее удельную электропроводность. По своей удельной электропроводности металлы превосходят полупроводники примерно на 10 порядков, а диэлектрики – на 20 порядков. Отсюда следует, что предельная частота  ω,  до которой в среде доминирует ток проводимости будет существенно различной для диэлектриков, полупроводников и металлов. Для диэлектриков эта частота близка к нулю, для полупроводников она тоже незначительна и только у металлов ток проводимости доминирует практически при любых частотах, вплоть до предельно высоких. Конкретные значения предельных частот находятся из физического анализа приведенного выше сильного неравенства.
Читать дальше…

Магнитное поле вокруг прямого длинного тонкого металлического токопровода выражается одинаковыми формулами как для переменного, так и для постоянного тока

Обе формулы вытекают из первого упрощенного уравнения Максвелла и свидетельствует о том, что магнитное поле переменного тока является квазистационарным.

Принципиальная особенность состоит в том, что в случае постоянного тока формула остается в силе при изменении расстояния r от токопровода до бесконечности, тогда как для переменного тока формула верна лишь до некоторого ограниченного расстояния r = r₀ , за пределами которого формула теряет силу из-за нарушения синфазности. Изменение поля вблизи переменного тока передается в дальние точки пространства со скоростью света и поступает туда с некоторым запаздыванием. Магнитное поле остается синфазным по всей области, где время запаздывания  τ существенно меньше периода колебаний переменного тока Т и где выполняются сильные неравенства

Если условию принять что в этих неравенствах левая часть неравенства составляет не более 1% от правой части, то при частотах переменного тока 50, 10⁶, 10⁹ Гц, расстояние  r₀ будет составлять соответственно 60км, 3 м и 3 мм. Таким образом, высокочастотный переменный ток образует синфазное поле лишь в ближайшей окрестности вокруг самого тока. В случае же низкочастотного переменного тока синфазное магнитное поле простирается вокруг тока на значительное расстояния.
Читать дальше…

Среда – это идеализированное модельное представление о твердых, жидких и газообразных телах, когда каждое из них можно представить как непрерывный сплошной материальный континуум и когда есть достаточные основания отвлечься от того, что каждое из этих тел является веществом со своей дискретной структурой и со своим атомным и молекулярным составом. Модель сплошной среды как непрерывного материального континуума допускает прямое использование непрерывных  функций и аппарата дифференциального и интегрального исчисления при математической интерпретации электромагнитных явлений в газообразных, жидких и твёрдых телах.

Для этого необходимо лишь перейти от понятия математической точки к понятию физической точки, т.е. к локальному «бесконечно малому» объёму ∂V, в котором содержится ещё достаточно много частиц вещества, совместно выражающих характерные электромагнитные свойства данного тела – диэлектрика, магнетика или проводника.
Читать дальше…

Возбуждение электрического тока в проводниках электрической цепи распространяется со скоростью света и это создаёт иллюзию о том, что в удалённых точках цепи ток появляется мгновенно без запаздывания. В действительности эффект запаздывания всегда есть и вопрос сводится к тому, при каких условиях запаздывание можно не учитывать. В случае переменного тока временем запаздывания τ можно пренебречь только при условии, что оно намного меньше периода колебаний тока Τ, т.е., когда

При таком условии с достаточным приближением можно считать, что по всей цепи, протяженностью x₀ , переменный ток всюду изменяется синфазно. Такой ток считается квазистационарным и он возможен только при размерах цепи не более x_o. Когда линейные размеры цепи меньше x_о, то переменный ток в такой цепи может считаться заведомо квазистационарным на всех её участках.

Если условно принять, что в сильном неравенстве τ<<Τ время запаздывания τ составляет не более 1% от Τ, то при частотах переменного тока  50,  10⁶ и  10⁹ Гц,  х_о будет составлять соответственно 60 км, 3 м и 3 мм. Таким образом в электрических цепях с линейными размерами к примеру в 100м переменный ток частотой 10⁶ Гц не может быть квазистационарным, тогда как ток промышленной частоты в 50 Гц в такой цепи заведомо квазистационарен. При линейных размерах цепи в 1м переменные токи в ней будут оставаться квазистационарными вплоть до частот порядка 10⁶ Гц.
Читать дальше…

Электромагнитная волна – это самостоятельно существующее и распространяющееся свободное электромагнитное поле. Частота, мощность и направленность распространения такого поля задаются источником, но после своего излучения оно распространяется без поддержки источника в виде поперечной электромагнитной волны. В такой волне векторы E и  H при своих колебаниях всё время ориентированы поперечно к направлению распространения волны n

Кроме того в ходе колебаний эти векторы всё время перпендикулярны друг другу и образуют с направлением n правый винт

Читать дальше…

При малых скоростях движения отдельного заряда его магнитное поле отличается ничтожной интенсивностью. В случае же электрического тока, когда его магнитное поле образуется гигантским количеством движущихся в токопроводе электрических зарядов, интенсивность поля становится значительной. Но магнитное поле тока при этом остается тем же релятивистским эффектом, как и в случае отдельного заряда.