Гипотеза Максвелла о токах смещения: физическое обоснование, теорема о циркуляции напряженности магнитного поля по Максвеллу.

Ток смещения введен Максвеллом для установления количественных соотношений между переменным электрическим полем и вызываемым им вихревым магнитным полем.
Поскольку магнитное поле создается электрическим током, то, согласно Максвеллу, вихревое электрическое поле следует рассматривать как некоторый ток, который протекает как в диэлектрике, так и в вакууме. Максвелл назвал этот ток током смещения.

По Максвеллу полный ток в цепи всегда замкнут, т.е. на концах проводников обрывается лишь ток проводимости, а в диэлектрике (вакууме) между концами проводника имеется ток смещения, который замыкает ток проводимости. Введя понятие полного тока, Максвелл обобщил теорему о циркуляции вектора (или ):

Созданная Максвеллом единая макроскопическая теория электромагнитного поля позволила с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления, но предсказать новые, существование которых было впоследствии подтверждено на практике (например, открытие электромагнитных волн). Обобщая рассмотренные выше положения, приведем уравнения, составляющие основу электромагнитной теории Максвелла.
Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля:

Система уравнений Максвелла: интегральная и дифференциальная формы полевых уравнений, материальные уравнения; физический смысл уравнений, их значение в электродинамике.

Система уравнений Максвелла заключается в том, что: электромагнитное поле можно разделить на электрическое и магнитное лишь относительно; изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, и изменяющееся электрическое поле порождает магнитное, причем эти поля взаимосвязаны.

Из системы уравнений Максвелла следует, что электромагнитное поле способно существовать в отсутствие электрических зарядов и токов.

уравнений Максвелла в дифференциальной форме, соответствующую записи физических величин в системе единиц СГС:
rot В = μμ₀ j + (1/ с ²) ∂Е/ ∂t, (1) rot Е = – ∂B/∂t, (2)

div Е = ρ/εε₀, (3) div B = 0, (4)
где B – магнитная индукция (напряженность магнитного поля в вакууме);
μ – относительная магнитная проницаемость среды;
μ₀ – магнитная постоянная;
j – плотность тока проводимости в проводнике;
с – электромагнитная постоянная (скорость света в вакууме);
Е – напряженность электрического поля в вакууме;
ρ – объёмная плотность электрических зарядов;
ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды;
ε₀ – электрическая постоянная.

В приведенной форме записи первая пара уравнений относится к переменным значениям напряженностей полей, а вторая пара – к любым их значениям.

Закон сохранения энергии электромагнитного поля: уравнение непрерывности для электромагнитного поля, вектор Умова-Пойнтинга; перемещение энергии электромагнитного поля в пространстве.

Изменение электромагнитной энергии, заключенной в неком объеме, за некий интервал времени равно потоку электромагнитной энергии через поверхность, ограничивающую данный объем, и количеству тепловой энергии, выделившейся в данном объеме, взятой с обратным знаком.

Вектор Пойнтинга (также вектор Умова — Пойнтинга) — вектор плотности потока энергии электромагнитного поля, одна из компонент тензора энергии-импульса электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга S можно определить через векторное произведение двух векторов:

(в системе СГС),

(в системе СИ),

где E и H — векторы напряжённости электрического и магнитного полей соответственно.

В случае квазимонохроматических электромагнитных полей, справедливы следующие формулы для усреднённой по периоду комплексной плотности потока энергии^[1]:

(в системе СГС),

(в системе СИ),

где E и H — векторы комплексной амплитуды электрического и магнитного полей соответственно.

Волновое движение: физическая сущность и волновое уравнение; анализ уравнений Максвелла на соответствие волновому уравнению.

Волновое движение- процесс распределения в пространстве каких либо колебаний.

Волна – физ процесс

S=f(t )

= 1

= 1

= ●

= ●

∆S= ● --- волновое уравнение

Плоские электромагнитные волны: физическое обоснование процесса; скорость распространения в линейных диэлектриках; энергия, переносимая электромагнитной волной. Опыты Герца, беспроводный телеграф Попова.

Волна называется плоской, если поверхности равных фаз представляют собой плоскость, т.е. в плоской электромагнитной волне векторы и расположены в плоскости хода, перпендикулярно направлению распространения волны.

Герц получал электромагнитные волны, возбуждая в вибраторе с помощью источника высокого напряжения серию импульсов быстропеременного тока. Колебания электрических зарядов в вибраторе создают электромагнитную волну. Только колебания в вибраторе совершает не одна заряженная частица, а огромное количество электронов, движущихся согласованно.

Электромагнитные волны регистрировались Герцем с помощью приемного вибратора, представляющего собой точно такое же устройство, что и излучающий вибратор. Под действием переменного электрического поля электромагнитной волны в приемном вибраторе возбуждаются колебания тока. Если собственная частота приемного вибратора совпадет с частотой электромагнитной волны, наблюдается резонанс и колебания в приемном вибраторе происходят с большой амплитудой. Герц обнаруживал их, наблюдая искорки в очень малом промежутке между проводниками приемного вибратора.

Своими опытами Герц доказал:

1)существование электромагнитных волн;

2)волны хорошо отражаются от проводников;

3)образование стоячих волн;

4)определил скорость волн в воздухе (она примерно равна скорости в вакууме - c)

Первый беспроводной телеграф (радиоприемник). 7 мая 1895 года российский ученый Александр Степанович Попов на заседании Русского Физико-Химического Общества продемонстрировал прибор, названный им "грозоотметчик", который был предназначен для регистрации электромагнитных волн. Этот прибор считается первым в мире аппаратом беспроводной телеграфии, радиоприемником. В 1897 году при помощи аппаратов беспроводной телеграфии Попов осуществил прием и передачу сообщений между берегом и военным судном. В 1899 году Попов сконструировал модернизированный вариант приемника электромагнитных волн, где прием сигналов (азбукой Морзе)