Elektrodinamika

Iz Wikipedije, besplatne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretraživanje
Klasična elektrodinamika
VFPt Solenoid correct2.svg
Magnetizam električne energije
Takođe pogledajte: Portal: Fizika

Elektrodinamika je grana fizike koja proučava elektromagnetsko polje u najopćenitijem slučaju (odnosno uzimaju se u obzir ovisna o vremenu promjenjiva polja) i njegovu interakciju s tijelima koja imaju električni naboj ( elektromagnetska interakcija ) [1] . Predmet elektrodinamike uključuje vezu između električnih i magnetskih pojava, elektromagnetskog zračenja (pod različitim uvjetima, slobodnim i u različitim slučajevima interakcije s materijom), električne struje (općenito govoreći, naizmjenično) i njene interakcije s elektromagnetskim poljem (električna struja pri tome se može smatrati zbirkom pokretnih nabijenih čestica). Svaka moderna fizika smatra da se svaka električna i magnetska interakcija između nabijenih tijela vrši pomoću elektromagnetskog polja, pa je stoga i predmet elektrodinamike.

Najčešće se pod pojmom elektrodinamika standardno razumije klasična elektrodinamika, koja opisuje samo kontinuirana svojstva elektromagnetskog polja pomoću Maxwell sustava jednadžbi ; stabilan izraz kvantna elektrodinamika obično se koristi za označavanje moderne kvantne teorije elektromagnetskog polja i njegove interakcije s nabijenim česticama. Pojam "elektrodinamika" uveo je André-Marie Ampere , koji je 1823. objavio svoje djelo "Sažetak teorije elektrodinamičkih pojava".

Osnovni pojmovi

Osnovni pojmovi koje koristi elektrodinamika uključuju:

  • Elektromagnetsko polje glavni je predmet proučavanja elektrodinamike, vrste materije koja se očituje u interakciji s nabijenim tijelima. Istorijski podijeljeno na dva polja:
    • Električno polje - koje stvara bilo koje nabijeno tijelo ili izmjenično magnetsko polje, utječe na svako nabijeno tijelo.
    • Magnetsko polje - stvoreno pokretnim nabijenim tijelima, nabijenim česticama sa spinom i naizmjeničnim električnim poljima, utječe na pokretna naboja i nabijena tijela sa spinom. (Koncept spina u razmjenskoj interakciji identičnih čestica uzima se u obzir u kvantnoj mehanici i čisto je kvantni učinak koji nestaje prelaskom na granicu klasične mehanike.)
  • Električni naboj je svojstvo tijela koje im omogućava interakciju s elektromagnetnim poljima: stvarajte ta polja kao svoje izvore i podvrgnite se ( silom ) djelovanju ovih polja.
  • Elektromagnetski potencijal je 4-vektorska fizička veličina koja u potpunosti određuje raspodjelu elektromagnetskog polja u prostoru. U trodimenzionalnoj formulaciji elektrodinamike razlikuje se od nje:
  • Poyntingov vektor je vektorska fizička veličina koja ima značenje gustoće toka energije elektromagnetskog polja.

Osnovne jednadžbe

Glavne jednadžbe koje opisuju ponašanje elektromagnetskog polja i njegovu interakciju s nabijenim tijelima su:

Posebne jednadžbe od posebne važnosti su:

Sadržaj elektrodinamike

Glavni sadržaj klasične elektrodinamike je opis svojstava elektromagnetskog polja i njegove interakcije sa nabijenim tijelima (nabijena tijela "stvaraju" elektromagnetsko polje, njegovi su "izvori", a elektromagnetsko polje, pak, djeluje na nabijena tijela , stvaranje elektromagnetskih sila). Ovaj se opis, osim određivanja glavnih objekata i veličina, poput električnog naboja , električnog polja , magnetskog polja , elektromagnetskog potencijala , svodi na Maxwellove jednadžbe u jednom ili drugom obliku i formulu Lorentzove sile , a dotiče i neka srodna pitanja (u vezi s matematičkom fizikom, aplikacijama, pomoćnim veličinama i pomoćnim formulama koje su važne za primjene, poput vektora gustoće struje ili empirijskog Ohmovog zakona ). Ovaj opis također uključuje pitanja očuvanja i prijenosa energije, zamaha, kutnog momenta elektromagnetskim poljem, uključujući formule za gustoću energije , Poyntingov vektor itd.

Ponekad elektrodinamički efekti (za razliku od elektrostatike) znače one značajne razlike između općeg slučaja ponašanja elektromagnetskog polja (na primjer, dinamičkog odnosa između mijenjanja električnog i magnetskog polja) u odnosu na statičko kućište, što čini određeni statički slučaj mnogo lakše opisati, razumjeti i izračunati.

Posebni odjeljci elektrodinamike

  • Elektrostatika opisuje svojstva statičkog elementa (ne mijenja se s vremenom ili se mijenja dovoljno sporo da se "elektrodinamički" efekti mogu zanemariti, to jest kada u Maxwellovim jednadžbama, zbog njihove malenosti, pojmovi s vremenskim derivatima) električno polje i njegova interakcija s električno nabijenim tijelima ( električni naboji ), koja također miruju ili se kreću dovoljno niskim brzinama (ili, možda, ako postoje naboji koji se brzo kreću, ali su dovoljno male veličine) da se polja koja stvaraju mogu približno smatrati statičkim . To obično podrazumijeva odsustvo (ili zanemarivu malenost) magnetskih polja. [2]
  • Magnetostatika proučava istosmjerne struje (i stalne magnete) i konstantna magnetska polja (polja se ne mijenjaju u vremenu ili se mijenjaju tako sporo da se brzina ovih promjena u proračunu može zanemariti), kao i njihovu interakciju.
  • Elektrodinamika kontinuiranih medija razmatra ponašanje elektromagnetskih polja u kontinuiranim medijima .
  • Relativistička elektrodinamika razmatra elektromagnetska polja u pokretnim medijima.

Primijenjena vrijednost

Elektrodinamika je u osnovi fizičke optike , fizike širenja radio -valova, a također prožima gotovo svu fiziku, budući da se u gotovo svim granama fizike treba baviti električnim poljima i nabojima, a često i njihovim netrivijalnim brzim promjenama i kretanjima. Osim toga, elektrodinamika je uzorna fizička teorija (i u klasičnoj i u kvantnoj verziji), koja kombinira vrlo visoku točnost proračuna i predviđanja s utjecajem teorijskih ideja rođenih u njezinom području na druga područja teorijske fizike.

Elektrodinamika je od velike važnosti u tehnologiji i u osnovi je: radiotehnika , elektrotehnika , razne grane komunikacija i radio .

istorija

Prvi dokaz povezanosti električnih i magnetskih pojava bilo je eksperimentalno otkriće Oersteda 1819. - 1820. o generiranju magnetskog polja električnom strujom. Također je izrazio ideju o određenoj interakciji električnih i magnetskih procesa u prostoru koji okružuje vodič, ali u prilično nejasnom obliku.

Godine 1831. Michael Faraday eksperimentalno je otkrio fenomen i zakon elektromagnetske indukcije , što je postalo prvi jasan dokaz direktnog dinamičkog odnosa električnog i magnetskog polja. Također je razvio (u vezi s električnim i magnetskim poljem) osnove koncepta fizičkog polja i neke osnovne teorijske koncepte koji omogućuju opis fizičkih polja, a također je predvidio postojanje elektromagnetskih valova 1832 .

1864. J.C. Maxwell je prvi put objavio kompletan sistem jednadžbi " klasične elektrodinamike " koji opisuje evoluciju elektromagnetskog polja i njegovu interakciju s nabojima i strujama. Iznio je teoretski utemeljenu pretpostavku da je svjetlost elektromagnetski val , odnosno objekt elektrodinamike.

1895. Lorentz je dao značajan doprinos izgradnji klasične elektrodinamike, opisujući interakciju elektromagnetskog polja sa (pokretnim) tačkasto nabijenim česticama. To mu je omogućilo da izvede Lorentzove transformacije . On je prvi primijetio da su jednadžbe elektrodinamike kontradiktorne newtonovskoj fizici .

Godine 1905. A. Einstein je objavio svoj rad "O elektrodinamici pokretnih tijela", u kojem je formulirao posebnu teoriju relativnosti . Teorija relativnosti, za razliku od njutnovske fizike, u potpunosti se slaže s klasičnom elektrodinamikom i logički dovršava svoju konstrukciju, omogućavajući stvaranje njene kovarijantne formulacije u prostoru Minkowskog kroz 4-potencijalni i 4-tenzor elektromagnetskog polja .

Sredinom 20. stoljeća stvorena je kvantna elektrodinamika - jedna od najpreciznijih fizičkih teorija, koja služi kao temelj i model za sve moderne teorijske konstrukcije u fizici elementarnih čestica.

vidi takođe

Napomene (uredi)

  1. Baumgart K.K. ,. Elektrodinamika // Enciklopedijski rječnik Brockhaus i Efron : u 86 svezaka (82 toma i 4 dodatna). - SPb. , 1890-1907.
  2. Iako se može smatrati da je to učinjeno u cjelini samo radi pojednostavljenja prikaza, budući da je kombinacija elektrostatike i magnetostatike (njihova kombinirana primjena u okviru jednog problema), u načelu, dovoljno trivijalna da ne predstavlja poteškoće, zadržavajući gotovo sve prednosti obje aproksimacije. Zadaci, kada su relevantni, prilično su česti.

Književnost

Linkovi