Электромагнитные поля и волны. Основные понятия электродинамики

Страницы работы

13 страниц (Word-файл)

Содержание работы

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1  Основные понятия электродинамики…………………………………………4

2  Основные уравнения электродинамики в дифференциальной форме……..16

3  Энергия электромагнитного поля…………………………………………….24

4  Условия единственности решения уравнений электродинамики…………..30

5  Волновые уравнения для векторов поля……………………………………...32

6  Излучение электромагнитных волн…………………………………………..37

6.1  Элементарный электрический излучатель…………………………………..37

6.2  Электромагнитное поле элементарного электрического излучателя………38

6.3  Мощность и сопротивление излучателя……………………………………..44

7  Общие принципы электродинамики………………………………………….45

7.1  Элементарный магнитный излучатель……………………………………….45

7.2  Принцип взаимности…………………………………………………………..46

7.3  Принцип эквивалентности…………………………………………………….49

7.4  Принцип Гюйгенса–Френеля. Элемент Гюйгенса…………………………..49

8  Однородные плоские электромагнитные волны в изотропной среде………51

9  Поляризация электромагнитных волн………………………………………...56

10  Волновые явления на границе раздела сред………………………………….58

10.1 Законы отражения и преломления…………………………………………..58

10.2 Коэффициенты отражения и прохождения…………………………………60

10.3 Нормальное падение. Полное прохождение………………………………..61

10.4 Полное внутреннее отражение………………………………………………61

10.5 Падение электромагнитной волны на границу раздела диэлектрика

      и среды с потерями………………………………………………………………..66

11   Поверхностный эффект……………………………………………………….69

Список использованных источников…………………………………………….71


1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Электромагнитное поле по сравнению с веществом является особой формой существования материи. Сходство электромагнитного поля (ЭМП) с веществом в том, что оно обладает массой и, следовательно, для него справедливы инерциальные силы, закон сохранения энергии, так как масса и энергия связаны между собой, и другие характеристики, связанные с массой. Это закон сохранения количества движения (импульс) и другие. Различие состоит в том, что ЭМП не имеет массы покоя, оно обладает массой только в движении. Эта масса очень мала, и поэтому скорость движения ЭМП в вакууме постоянна и равна скорости света (с≈3·108 м/с). ЭМП может существовать в любой среде и распространяться, то есть переносить информацию на любые расстояния. Идеальной средой является вакуум. Среда оказывает влияние на ЭМП, энергия частично поглощается в среде, изменяется направление распространения, среда вносит искажения в передаваемую информацию. Влияние среды очень важно знать для его учета в задачах электродинамики при расчетах характеристик систем передачи информации.

Рассмотрим структуру ЭМП. Оно состоит из электрического и магнитного полей, связанных между собой внутренней связью. Если эта связь ослабевает или исчезает, то ЭМП теряет свои особые свойства, оно перестает распространяться и не будет переносить информацию. Эти две стороны единого электромагнитного процесса равноправны во всех своих проявлениях, то есть существует симметрия между электрическим и магнитным полями. Они  в равной степени переносят информацию, то есть информация в равной мере содержится  как в электрическом, так и в магнитном поле.

Источники ЭМП. В природе существует положительное электричество (заряд позитрона и др.) и отрицательное (заряд электрона и др.). Заряженная частица создает вокруг себя собственное электрическое поле. Под зарядом понимается свойство частиц материи, характеризующее их взаимосвязь с собственным электромагнитным полем. Электрические заряды (q, Q) создают вокруг себя электрическое поле. Заряды могут передвигаться в пространстве и изменяться во времени, тогда они будут создавать изменяющееся во времени электрическое поле. Движущиеся электрические заряды относительно наблюдателя будут создавать магнитное поле. Разделение ЭМП на электрическое и магнитное имеет относительный характер, то есть зависит от выбора отсчета. Например, если наблюдатель движется с той же скоростью и в том же направлении, что и электрический заряд, то он не зафиксирует магнитного поля. Другой наблюдатель,  неподвижный относительно движущегося заряда, его зафиксирует.

ЭМП имеет достаточно много особых свойств. Одно из них – изменяющееся во времени электрическое поле создает изменяющееся во времени магнитное поле, и наоборот. Таким образом, источником электрического поля являются электрические заряды, неподвижные и движущиеся, а также изменяющиеся во времени магнитное поле. Источником магнитного поля является изменяющееся во времени электрическое поле и движущиеся заряды, то есть различные виды электрических токов (постоянные, переменные, молекулярные токи). Источники ЭМП подразделяются на первичные и вторичные. Первичные источники создают ЭМП, но сами от него не зависят, а вторичные создаются, наводятся уже существующими ЭМП, и сами в свою очередь создают вторичное ЭМП. Есть еще сторонние источники, ими могут быть и первичные, и вторичные источники. Это все источники, находящиеся за пределами рассматриваемого объема.

Похожие материалы

Информация о работе