- •5.4. Контур с током в магнитном поле
- •5.5. Исследование практических задач. Определение отношения заряда электрона к его массе
- •5.6. Эффект Холла
- •1.1 Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока
- •1.2 Индукция магнитного поля в центре кругового тока
- •1.3 Индукция магнитного поля на оси кругового тока
- •1.4 Индукция магнитного поля прямолинейного тока
- •1.5 Циркуляция вектора в по замкнутому контуру. Вихревой характер магнитного поля
- •1.6 Магнитное поле соленоида
- •6.1. Закон Био - Савара - Лапласа
- •6.2. Магнитное поле кругового тока
- •6.3. Основные уравнения теории постоянного магнитного поля
- •6.4. Магнитное поле бесконечно длинного соленоида
- •6.5. Магнитное поле прямого тока
- •6.6. Взаимодействие токов
- •6.7. Pасчет индукции магнитного поля кругового тока
- •6.8. Расчет индукции магнитного поля на оси соленоида
- •6.9. Магнитное поле прямого отрезка с током
- •Ротор. Теорема Стокса.
- •6.10. Теорема Стокса
- •6.11. Вывод дифференциальных уравнений теории постоянного магнитного поля
- •7.1. Электрические токи в атомах и молекулах
- •7.2. Намагниченность вещества. Напряженность магнитного поля
- •7.3. Циркуляция вектора намагниченности *
- •7.4. Напряженность магнитного поля
- •7.5. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость
- •7.6. Основные уравнения теории постоянного магнитного поля в веществе
- •7.7. Магнитное поле заполненного веществом соленоида
- •7.8. Условия на границе раздела двух магнетиков
- •8. Электромагнитная индукция
- •8.1. Закон Фарадея и правило Ленца
- •8.4. Индуктивность соленоида
- •8.5. Энергия магнитного поля
- •8.6. Вихревое электрическое поле в соленоиде
- •8.7. Токи Фуко
- •8.8. Индуктивность коаксиального кабеля
- •8.9. Взаимная индукция
- •8.10. Один из способов измерения магнитной индукции
- •9.1. Колебательный контур. Гармонические колебания
- •9.2. Затухающие электромагнитные колебания
- •9.3. Вынужденные электромагнитные колебания
- •9. Электромагнитные колебания
- •9.4. Дифференциальное уравнение затухающих электромагнитных колебаний
- •9.5. Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний. Резонанс напряжения и резонанс тока
- •9.6. Переменный ток. Метод комплексных амплитуд
- •9.7. Мощность переменного тока
- •10. Электромагнитное поле
- •10.1. Уравнения Максвелла
- •10.2. Плотность и поток энергии электромагнитного поля
- •10.3. Вывод уравнения непрерывности из уравнений Максвелла
- •10.4. Вывод соотношения, связывающего плотность энергии электромагнитного поля и вектор Умова — Пойнтинга
- •10.5. Ковариантность уравнений Максвелла
- •1.22. Система уравнений Максвелла в сплошной среде. Граничные условия
- •1.22.1. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах
- •1.22.2. Граничные условия
- •1.22.3. Уравнения Максвелла в системе уравнений магнитостатики и электростатики
- •1.22.4. Пример
- •1.22.5. Приложение.
- •1.22.5.1. Формула Остроградского – Гаусса.
- •1.22.5.2. Формула Стокса.
- •Плоские электромагнитные волны Понятие электромагнитной волны.
- •Поперечный характер электромагнитных волн.
- •Фазовая и групповая скорости электромагнитной волны.
- •Заключение.
- •Движение заряженных частиц в магнитном и электрическом полях
- •Электрический ток в газах
- •Сверхпроводимость.
- •Контур с током в магнитном поле.
10.2. Плотность и поток энергии электромагнитного поля
Уравнения Максвелла выражают основные законы электродинамики. Из этих уравнений можно вывести уравнения, которые описывают другие два фундаментальных закона физики - закон сохранения заряда и закон сохранения энергии.
Закон сохранения заряда выражается уравнением непрерывности (4.44). Это уравнение содержит две функции д = g(t, r) j = j(t, r), первая из которых - объемная плотность заряда описывает распределение электрических зарядов в пространстве, а вторая - плотность тока - направленное движение зарядов, т.е. электрический ток. Аналогичное уравнение выражает закон сохранения энергии электромагнитного поля. Это уравнение также содержит две функции, одна из которых - объемная плотность энергии описывает распределение энергии поля в пространстве, а вторая - плотность потока энергии - движение энергии.
Плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей электрического и магнитного полей: ,т?
Объемная плотность энергии электромагнитного поля W равна сумме объемных плотностей энергии электрического (we) и магнитного (wm) полей.
Для поля в линейной изотропной среде, не обладающей сегнетоэлектрическими и ферромагнитными свойствами, we можно найти по формуле we=dWe/dV=½εε0E2=½ED, а wm – по формуле , поэтому
,
Где ε и μ – относительные диэлектрические и магнитная проницаемость среды. Из соотношения между модулями векторов E и H поля электромагнитной волны следует, что объемная плотность энергии электромагнитной волны
,
Где ν – скорость электромагнитной волны в среде .
R (10.)
Перенос энергии электромагнитного поля в пространстве описывается посредством вектора Умова - Пойнтинга
S =[Е R].
Эти величины связаны уравнением которое выражает собой закон сохранения энергии электромагнитного поля.
Дифференциальному уравнению (10.13) соответствует интегральное
уравнение
(10.15)
- энергия электромагнитного поля в объеме V. Величина j E - удельная мощность джоулева энерговыделения, т.е. количество тепла, которое выделяется в единице объема проводника с током за единицу времени. Следовательно, интеграл
(10.16)
есть мощность, выделяющаяся в виде тепла в объеме V. Анализируя
уравнение (10.14), можно заключить, что поток вектора S через поверхность S, ограничивающую объем V,
есть энергия электромагнитного поля, вытекающая из этого объема за единицу времени. Таким образом, модуль вектора Умова - Пойнтинга равен энергии, которая падает за единицу времени на единицу площади
поверхности, W wdV
перпендикулярной этому вектору. Вектор S , как следует
из формулы (10.12), перпендикулярен векторам Е и Я . Он определяет направление, в котором перемещается энергия электромагнитного поля. Этот вектор иначе называют плотностью потока энергии электромагнитного поля. Согласно его физическому смыслу поток
ndS
есть энергия электромагнитного поля, падающая на некоторую поверхность S за единицу времени.
Вернемся к уравнению (10.14). Оно утверждает, что энергия W в S ndS S ndS(10.17)
объеме V изменяется вследствие того, что часть ее переходит в тепло, а часть вытекает
Энергия электромагнитных волн.
Объемная плотность энергии электромагнитного поля W равна сумме объемных плотностей энергии электрического (we) и магнитного (wm) полей.
Для поля в линейной изотропной среде, не обладающей сегнетоэлектрическими и ферромагнитными свойствами, we можно найти по формуле we=dWe/dV=½εε0E2=½ED, а wm – по формуле , поэтому
,
Где ε и μ – относительные диэлектрические и магнитная проницаемость среды. Из соотношения между модулями векторов E и H поля электромагнитной волны следует, что объемная плотность энергии электромагнитной волны
,
Где ν – скорость электромагнитной волны в среде .
2. В случае плоской линейно поляризованной монохроматической волны, распространяющейся вдоль положительного направления оси OX, напряженность поля .Соответственно объемная плотность энергии этой волны
.
Значение w в каждой точке поля периодически колеблется с частотой в пределах от 0 до . Среднее за период значение w пропорционально квадрату амплитуды напряженности поля:
.
Если плоская монохроматическая волна имеет произвольную (эллиптическую) поляризацию, то и отсюда получим
Вектор П плотности потока энергии электромагнитной волны называется вектором Умова-Пойтинга (вектором Пойтинга).
В случае переноса энергии бегущей монохроматической волной равна фазовой скорости этой волны. Вектор Умова-Пойтинга равен
В случае плоской бегущей монохроматической волны, которая эллиптически поляризована, модуль вектора П равен
Если, в частности, волна линейно поляризована, то
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
(продолжение)