Сущность электромагнитной индукции Максвелла. Понятие электрического заряда, тока проводимости и тока совмещения

В 60-х годах XIX в. английский физик Максвелл развил теорию Фарадея об электромагнитном поле и создал теорию электромагнитного поля. Это была первая теория поля. Она касается только электрического и магнитного полей и весьма успешно объясняет многие электромагнитные явления. Из закона Фарадея(закон электро-магнитной индукции) следует, что любое изменение сцеплен­ного с контуром магнитного потока приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции и вследствие этого появляется индукционный ток. Следовательно, возникновение ЭДС электромагнитной индукции возможно и в неподвижном контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Однако ЭДС в любой цепи возникает только тогда, когда в ней на носителей тока действуют сторонние силы, т. е. силы не электростатического происхождения. Поэтому возникает вопрос о природе сторонних сил в данном случае. Опыт показывает, что такие сторонние силы не связаны ни с тепловыми, ни с химическими процессами в контуре; их возникновение нельзя также объяс­нить силами Лоренца, так как они на неподвижные заряды не действуют. Дж.Максвелл высказал гипотезу, что всякое пере­менное магнитное поле возбуждает в окружающем пр-ве электрическое поле, которое и является причиной возникнове­ния индукционного тока в контуре. Согласно представлению Максвелла, контур, в котором появляется ЭДС, играет второсте­пенную роль, являясь своего рода лишь «прибором», обнаружи­вающим это поле. Электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым. Согласно Максвеллу, если всякое переменное магнитное по­ле возбуждает в пр-ве вихревое электрическое поле, то должно существовать обратное явление: всякое изменение элек­трического поля должно вызывать появление в окружающем пр-ве вихревого магнитного поля. Для установления ко­личественных соотношений между изменяющимся электриче­ским полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения, обладающий способностью создавать в окружающем пр-ве магнитное поле. Ток смещения в вакууме не связан с движением зарядов, а обусловливается только изменением электрического поля во времени и вместе с тем возбуждает магнитное поле — в этом заключается принципиально новое утверждение Максвелла. Из уравнений Максвелла следует, что источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуж­даться либо движущимися электрическими зарядами, либо переменными электрическими полями. Уравне­ния Максвелла не симметричны относительно электрического и маг­нитного полей. Это связано с тем, что в природе существуют элек­трические заряды, но нет зарядов магнитных. В стационарном случае, когда электрическое и магнитное поля не изменяются во времени, источниками электрического поля являются только электрические заряды, а источниками магнитного — только токи проводимости. В данном случае элек­трическое и магнитное поля независимы друг от друга, что и позволяет изучать отдельно постоянные электрические и маг­нитные поля. Уравнения Максвелла — наиболее общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах. В уче­нии об электромагнетизме они играют такую же роль, как зако­ны Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом — они образуют единое электромагнитное поле.

Электри́ческий заря́д — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать вэлектромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулонав 1785 году. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9×10⁹ H.

Электрический ток проводимости - как явление - направленное движение свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме.

25)Источники электрических и магнитных полей. Принцип суперпозиции полей. Механизмы излучения атомов: спонтанное и вынужденное излучения. Спектры излучений и поглощений. Спектральный анализ. Шкала электромагнитных волн.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела. В классической физике система уравнений Максвелла описывает взаимодействие электрического поля, магнитного поля и воздействие зарядов на эту систему полей.Сила Лоренца описывает воздействие электромагнитного поля на частицу.Эффект поля заключается в том, что при воздействии электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда. Этот эффект лежит в основе работы полевых транзисторов.

Магнитное поле (геомагнитное поле) — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма.

Принцип суперпозиции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

· результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть просто сумма результатов воздействия каждой из сил.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что электростатическийпотенциал, создаваемый в данной точке системой зарядов, есть суммапотенциалов отдельных зарядов.

Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые, подчеркнём, полностью эквивалентны приведённой выше:

· Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя;

· Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействиймежду всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий.

· Уравнения, описывающие поведение многочастичной системы, являются линейными по количеству частиц.

Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядраи т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается). Оба фотона являются когерентными.

Спонтанное излучение или спонтанное испускание — процесс самопроизвольного испускания электромагнитного излучения квантовыми системами (атомами, молекулами) при их переходе из возбуждённого состояния в стабильное.

Спектр электромагнитных волн.

Электромагнитные волны классифицируются по длине волны или связанной с ней частотой волны . Отметим также, что эти параметры характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля. Соответственно в первом случае электромагнитная волна описывается классическими законами, изучаемыми в данном томе, а во втором - квантовыми законами, изучаемыми в томе 5 настоящего пособия.

Рассмотрим понятие спектра электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе.

Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют:

1) Радиоволны;

2) Инфракрасное излучение;

3) Световое излучение;

4) Рентгеновское излучение;

5) Гамма излучение.