Электромагнитные поля и волны. Основные понятия электродинамики, страница 2

ЭМП и электрический заряд представляют собой первые основные понятия электромагнетизма, между ними существует тесная взаимосвязь. Классическая (макроскопическая) электродинамика приписывает ЭМП лишь волновые свойства, а элементарным частицам – корпускулярные. ЭМП, как волновой процесс, характеризуется непрерывным распределением  в пространстве, этот процесс называют электромагнитной волной. (ЭМВ). Скорость распространения ЭМВ в вакууме близка к скорости света (3·10⁸ м/с), в среде же она зависит от параметров среды и меньше скорости света. В микроскопическом масштабе наблюдения ЭМП нужно рассматривать как состоящее из независимых друг от друга дискретных микрообъектов – фотонов, обладающих двойственной корпускулярно-волновой природой. Фотоны не имеют массы покоя, распространяются со скоростью света в вакууме и целиком поглощаются или излучаются атомами.

Рассмотрим взаимодействие ЭМП и заряженных частиц, имеющих собственные поля. Внешнее электрическое поле оказывает силовое воздействие, через собственное электрическое поле, на заряженную частицу и приводит ее в движение. Внешнее магнитное поле  оказывает силовое воздействие только на движущиеся  заряженные частицы. Если  это силовое воздействие ЭМП измеряется, исследуется, то с его помощью можно описать ЭМП, используя векторные величины, так как силовое воздействие характеризуется величиной силы и направлением. Силовое воздействие зависит от величины заряда, от скорости  его движения и от величин, характеризующих ЭМП.

Напряженностью электрического поля называют силу, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд, обозначается ,  В/м.

                                                                                                               (1.1)

Графически  векторные поля изображают с помощью силовых линий. Напряженность электрического поля, вектор , направлен по касательной в каждой точке к силовой линии. Таким образом, силовая линия указывает направление действия силы, а число силовых линий, приходящихся на единицу поверхности, определяет количественно эту силу, то есть модуль вектора . Электрическое поле приводит в движение электрические заряды. Всякое движение электрических зарядов есть электрический ток. В электродинамике выделяют три вида токов.

–  Ток проводимости – есть упорядоченное движение свободных зарядов, имеющихся в проводящей среде, под действие электрического поля в проводнике. Направление движения положительных зарядов принимается за направление тока. Для более полной характеристики в электродинамике кроме интегральных характеристик вводятся дифференциальные, относящиеся к малому объему, к точке. Ток,  протекающий через единицу площади, перпендикулярно ей, называют плотностью тока. Это векторная величина, направлена по направлению тока, обозначается , имеет размерность А/м².

                                                                                                                    (1.2)

Плотность тока проводимости  пропорциональна удельной проводимости σ, проводящей среды и вектору .

–  Ток переноса – есть упорядоченное движение свободных зарядов в вакууме, например, в электровакуумных приборах. Плотность тока переноса , где ρ есть плотность заряда, а  - скорость его движения. Объемная плотность заряда

                                       ,  ,                                                                 (1.3)

а заряд, находящийся во всем объеме V, находится как

 или Q=ρ_V·V,                                              (1.4)

если ρ_V=const.

Ток смещения, количественно определяется скоростью изменения электрического поля, то есть , имеет две составляющие. Ток смещения в вакууме, существует всегда, и ток смещения в веществе, связан с движением связанных зарядов.

Плотность тока смещения

,                                                                      (1.5)

где ε_а – макроскопический параметр среды, - абсолютное  значение диэлектрической проницаемости среды, имеет размерность Ф/м.