Развитие электродинамики. «Донской государственный технический университет»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Донской государственный технический университет»
(ДГТУ)
Контрольная работа
по дисциплине «Концепции современного естествознания»
Тема № 1.25 Становление и развитие классической электродинамики
(М. Фарадей, Д. Максвелл, Г. Герц).
Электродинамическая картина мира.
Выполнила: Онучина А.А.
студентка 1 курса направление подготовки заочное обучение
группа ИЗЭS11 № зачетной книжки 1573242
Проверил ________________
Ростов-на-Дону
План:
1. История электродинамики……………………………………………………..3
2. Становление и развитие классической электродинамики.…………….…… 5
3. Электродинамическая картина мира.…………………..……………………10
Список используемой литературы……..………………………………….……13
История электродинамики.
Классическая электродинамика – это теория электромагнитных процессов в различных средах и в вакууме. Охватывает огромную совокупность явлений, в которых основную роль играют взаимодействия между заряженными частицами, осуществляемые посредством электромагнитного поля.
История электродинамики – это история эволюции фундаментальных физических понятий. До середины 18 века были установлены важные опытные результаты, обусловленное электричеством: притяжение и отталкивание, открыто деление веществ на проводники и изоляторы, существование двух видов электричества. Достигнуты успехи в изучении магнетизма.
Практическое применение электричества началось со второй половины 18 века. С именем Фраклина (1706-1790гг.) связано появление гипотезы об электричестве как особой материальной субстанции. В 1785 году Ш.Кулоном установлен закон взаимодействия двух точечных зарядов. С именем А.Вольта (1745-1827гг.) связан ряд изобретений электроизмерительных приборов. В 1826 году установлен закон Ома. В 1820 году Эрстедом открыто магнитное действие электрического тока. В 1820 году установлен закон, определяющий механическую силу, с которой магнитное поле действует на внесенный в него элемент электрического тока – закон Ампера. Ампером также установлен закон силового взаимодействия двух токов.
Особое значение в физике имеет гипотеза молекулярных токов, предложенная Ампером в 1820 году.
В 1831 году Фарадеем открыт закон электромагнитной индукции. В 1873 году Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879гг.) изложил короткие уравнения, ставшие теоретической основой электродинамики. Одним из следствий уравнений Максвелла явилось предсказание ЭМ природы света, он же предсказал возможность существования ЭМ волн. Постепенно в науке сложилось представление об ЭМ поле как о самостоятельной материальной сущности, являющейся носителем ЭМ взаимодействий в пространстве. Разнообразные электрические и магнитные явления, которые люди наблюдают с незапамятных времён, всегда пробуждали их любопытство и интерес. Чаще всего под термином электродинамика понимается классическая электродинамика, описывающая только непрерывные свойства электромагнитного поля. Электромагнитное поле - это основной предмет изучения электродинамики, вид материи, проявляющийся при взаимодействии с заряженными телами. В 1895 году Попов А.С., сделал величайшее изобретение-радио. Оно оказало колоссальное воздействие на последующее развитие науки и техники. Все электромагнитные явления можно описать с помощью уравнений Максвелла, которые устанавливают связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля, с распределением в пространстве зарядов и токов.
Становление и развитие классической электродинамики
(М. Фарадей, Д. Максвелл, Г. Герц).
Важным шагом в развитии электродинамики было открытие М.Фарадеем явления электромагнитной индукции - возбуждения переменным магнитным полем электродвижущей силы в проводниках, - ставшей основой электротехники.
Майкл Фарадей - английский физик, родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Окончив начальную школу, с двенадцати лет он работал разносчиком газет, а в 1804 г. поступил в ученики к переплетчику Рибо, французскому эмигранту, всячески поощрявшему страстное стремление Фарадея к самообразованию. Чтением и посещением лекций Фарадей стремился пополнить свои знания, причем его влекли главным образом естественные науки - химия и физика. В 1813 г. один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции Гемфри Дэви, сыгравшие решающую роль в судьбе юноши. Обратившись с письмом к Дэви, Фарадей с его помощью получил место лабораторного ассистента в Королевском институте.
Научная деятельность Фарадея протекала в стенах Королевского института, где он сначала помогал Дэви в химических экспериментах, а затем начал самостоятельные исследования. Фарадей осуществил сжижение хлора и некоторых других газов, получил бензол. В 1821 году он впервые наблюдал вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создал первую модель электродвигателя. В течение последующих 10 лет Фарадей занимался исследованием связи между электрическими и магнитными явлениями. Его исследования увенчались открытием в 1831 году явления электромагнитной индукции. Фарадей детально изучил это явление, вывел его основной закон, выяснил зависимость индукционного тока от магнитных свойств среды, исследовал явление самоиндукции и экстратоки замыкания и размыкания.
Открытие явления электромагнитной индукции сразу же приобрело огромное научное и практическое значение; это явление лежит, например, в основе работы всех генераторов постоянного и переменного тока. Стремление выявить природу электрического тока привело Фарадея к экспериментам по прохождению тока через растворы кислот, солей и щелочей. Результатом этих исследований стало открытие в 1833 г. законов электролиза. В 1845 г. Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле. В том же году он открыл диамагнетизм, в 1847 году - парамагнетизм, также в 1833 году он изобрел вольтметр.
Идеи Фарадея об электрическом и магнитном полях оказали большое влияние на развитие всей физики. В 1832 году Фарадей высказал мысль о том, что распространение электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс, происходящий с конечной скоростью, а в 1845 году он впервые употребил термин «магнитное поле».
Открытия Фарадея завоевали широчайшее признание во всём научном мире. В честь Майкла Фарадея Британское химическое общество учредило медаль Фарадея – одну из почётнейших научных наград.
Пытаясь объяснить явление электромагнитной индукции на основе концепции дальнодействия, но встретившись с затруднениями, он высказал предположение об осуществлении электромагнитных взаимодействий по средством электромагнитного поля, на основе концепции близкодействия. Это положило начало формированию концепции электромагнитного поля, оформленную Д.Максвеллом. Джеймс Клерк Максвелл - английский физик. Родился в Эдинбурге. Под его руководством была создана известная Кавендишская лаборатория в Кембридже, которую он возглавлял до конца своей жизни.
Работы Максвелла посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости. Наиболее весомый вклад Максвелл сделал в молекулярную физику и электродинамику. В кинетической теории газов, одним из основателей которой он является, установил функции распределения молекул по скоростям, основанный на рассмотрении прямых и обратных столкновений, развил теорию переноса в общем виде, применив ее к процессам диффузии, теплопроводности и внутреннего трения, ввел понятие релаксации. В 1867 году первый показал статистическую природу второго начала термодинамики, в 1878 году ввел термин "статистическая механика".
Самым большим научным достижением Максвелла является созданная им в 1860-1865 годах теория электромагнитного поля. В своей теории электромагнитного поля Максвелл использовал новое понятие - ток смещения, дал определение электромагнитного поля и предсказал новый важный эффект: существование в свободном пространстве электромагнитного излучения, электромагнитных волн и его распространение в пространстве со скоростью света. Ученый также сформулировал теорему в теории упругости, установил соотношения между основными теплофизическими параметрами, развивал теорию цветного зрения, исследовал устойчивость колец Сатурна, показав, что кольца не являются твердыми или жидкими, а представляют собой рой метеоритов. Максвелл сконструировал ряд приборов. Он был известным популяризатором физических знаний.
1) магнитное поле порождается движущимися зарядами и переменным электрическим полем (током смещения);
2) электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое поле) порождается переменным магнитным полем;
3) силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (это означает, что оно не имеет источников - магнитных зарядов, подобных электрическим);
4) электрическое поле с незамкнутыми силовыми линиями (потенциальное поле) порождается электрическими зарядами - источниками этого поля.
Из теории Джеймса Максвелла вытекает конечность скорости распространения электромагнитного взаимодействия и существование электромагнитных волн. Максвелловская теория электромагнитного поля является фундаментальным обобщением электродинамики, поэтому она по праву занимает почётное место в ряду величайших научных достижений человечества, таких как классическая механика, релятивистская физика и квантовая механика. В 1861-1862 годах Джеймс Максвелл публикует свою статью о физических силовых линиях. Основываясь на практическом совпадении скорости распространения электромагнитных возмущений и скорости света, Максвелл предположил, что свет тоже является электромагнитным возмущением. И эта, казалось бы, абсолютно фантастическая для того времени идея вдруг начала обрастать экспериментальными подтверждениями.
И все бы вроде ничего, да вот в 1885 году некий преподаватель школы для девочек в Базеле Иоганн Якоб Бальмер, после своих экспериментов, пишет коротенькую, буквально на пару страничек, статью где говорится: «Обратите внимание на спектральные линии водорода». Которая ввела физиков-теоретиков в состояние ступора на ближайшие два десятилетия. Четкие спектральные линии серии Бальмера наглядно продемонстрировали мировому физическому научному сообществу, что не всё так просто в этом мире.
Развитие классической электродинамики после Максвелла шло по нескольким направлениям, из которых отметим два основных. Во-первых, совершенствовалась математическая сторона теории Максвелла и были получены некоторые новые результаты. Во-вторых, произошло объединение теории электромагнитного поля с основными идеями теории строения вещества. Последнее направление привело к созданию электронной теории.
Также хочу отметить выдающегося немецкого физика Генриха Рудольф Герца. Окончил Берлинский университет, с 1885 года по 1889 год был профессором физики Университета в Карлсруэ. С 1889 года - профессор физики университета в Бонне.
Основное достижение - экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн.
Он построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его теория электродинамики не подтвердилась опытами и позднее уступила место электронной теории Хендрика Лоренца. Результаты, полученные Герцем, легли в основу создания радио. В 1886 году Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта. Герц разрабатывал теорию резонансного контура, изучал свойства катодных лучей, исследовал влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд. Именем Герца с 1933 года называется единица измерения частоты Герц, которая входит в международную метрическую систему единиц СИ.
Физика - одна из важнейших наук, изучаемых человеком. Ее присутствие заметно во всех сферах жизни, иногда открытия даже меняют ход истории. Поэтому великие физики так интересны и значимы для людей.
Электродинамика - это область физики, в которой изучаются свойства и закономерности поведения электромагнитного поля и движение электрических зарядов, взаимодействующих друг с другом посредством этого поля.
Многие великие учёные физики посвятили свои жизни попыткам найти ответы на необходимые человечеству вопросы. Мир не стоит на месте, все течет и меняется, планета вращается вокруг оси, гроза всегда приходит с молнией и громом, а листья падают на землю. И именно простые на первый взгляд вещи пробудили в человеке интерес к точным и естественным наукам.
Похожая информация.
ВВЕДЕНИЕ Теория электромагнитного поля как раздел курса «Физические основы квантовой электроники» . Основное внимание - электромагнитным волнам и их оптическому диапазону. Связь теории электромагнитного поля с другими разделами физики. Оптические среды. Роль электромагнитных волн. Сравнение с акустическими и другими волнами (теория волн). Фотоны – элементарные частицы (а не квазичастицы, как фононы). Эфир и вакуум. Линейные и нелинейные волны.
Уравнения Максвелла в сплошной среде СГС СИ Закон Гаусса Электрический заряд является источником электрической индукции Закон Гаусса для магнитного поля Не существует магнитных зарядов Закон индукции Фарадея Изменение магнитной индукции порождает вихревое электрическое поле Теорема о циркуляции магн. поля Электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле -------- _________
Уравнения Максвелла, интегральная форма СГС СИ Закон Гаусса Поток электрической индукции через замкнутую поверхность S пропорционален величине свободного заряда, находящегося внутри поверхности S Закон Гаусса для магн. поля Поток магнитной индукции через замкнутую поверхность S равен нулю Закон индукции Фарадея Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность S, взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре l, который является границей поверхности S Теорема о циркуляции магнитного поля Полный электрический ток свободных электронов и изменение потока электрической индукции через незамкнутую поверхность S пропорциональны циркуляции магнитного поля на замкнутом контуре l, который является границей поверхности S S – двумерная поверхность, замкнутая для теоремы Гаусса и открытая для законов Фарадея и Ампера (ее границей является замкнутый контур). – электрический заряд внутри объема V, ограниченного поверхностью S. – электрический ток, протекающий через поверхность S.
Материальные уравнения Соотношения между D, B, E и H В вакууме D = E, B = H В среде материальные уравнения могут иметь вид нелокальных по времени и пространству и нелинейных соотношений (будут приведены позже).
Упражнения Вывести из уравнений Максвелла закон Кулона для точечного заряда в вакууме. Проверить выполнение всех уравнений Максвелла. Найти напряженность эл. поля шара с равномерной плотностью заряда. Найти напряженность эл. поля кольцевого слоя с равномерной плотностью заряда. - дом. задание Найти распределение плотности заряда, если известно распределение напряженности эл. поля где А и n – постоянные, Пояснить физический смысл результата при n = -3.
«Площади» э. -м. поля Рассматриваем ограниченные в пространстве и времени пакеты поля (с конечной энергией) Интегрируем по времени в бесконечных пределах – «площадь» электрич. поля – безвихревой вектор Интегрируем по пространству (объему) в бесконечных пределах – «площадь» магнитного поля – сохраняется Эти общие (для любого вида материальных уравнений) соотношения полезны для контроля точности моделирования динамики поля.
Уравнения Максвелла в вакууме (СГС) Учебное пособие: Н. Н. Розанов. Специальные разделы мат. физики. Ч. I. Электромагнитные волны в вакууме. 2005. D = E, B = H, ρ = 0, j = 0 Условия применимости: 1. Инерциальная система отсчета 2. Гравитационные эффекты 3. Квантовые ограничения для слабых и сильных полей
Квантовые ограничения в слабых полях Уравнения Максвелла отвечают континуальному (а не дискретному) описанию. Поэтому для их справедливости число фотонов в основных модах N должно быть велико: N >> 1. Этот фактор важен при анализе шумов излучения и сжатых состояний электромагнитного поля (квантовая оптика).
Квантовые ограничения в сильных полях В уравнениях Максвелла не учитываются вероятность рождения электрон-позитронных пар и эффекты поляризации вакуума. Необходимое условие пренебрежения этими эффектами: (изменение энергии заряда |e| в поле напряженности E на расстоянии равном комптоновской длине волны электрона RC = h /(mc) = 2. 4 10^(-10) см должно быть много меньше mc^2 , m – масса электрона, h – постоянная Планка, ħ = h / 2π). В мощных лазерных установках достигаются напряженности полей, близкие к критическим. Последовательная теория дается квантовой электродинамикой. Приближенно электромагнитное поле в электронпозитронном вакууме описывается уравнениями электродинамики сплошных сред. Комптоновская длина волны электрона описывает его «размазанность» , при меньших расстояниях классическая теория неприменима.
Симметрия уравнений Максвелла в вакууме Равноправность Е и Н в вакууме без зарядов. Равноправность направлений течения времени (в классическом вакууме нет диссипации энергии)
Векторная структура уравнений Максвелла ρ – скаляр (плотность эл. заряда) E, D, j – полярные трехмерные векторы H, B – аксиальные трехмерные векторы При зеркальном отражении направление полярных векторов не меняется, а для аксиальных сменяется противоположным. Ср. с силой Лоренца Различие полярных и аксиальных векторов существенно для записи нелинейных восприимчивостей.
Волновое уравнение Немагнитные среды Не все решения волнового уравнения служат решениями уравнений Максвелла, поскольку эти решения могут не удовлетворять уравнению. Фактически это соотношение накладывает ограничения на поляризационную структуру излучения. Таким образом, при исключении из уравнений Максвелла магнитных величин к волновому уравнению следует добавить уравнение
Динамика э. -м. поля При заданных материальных соотношениях возможна постановка задачи Коши – по начальным данным определяется последующие значения полей. Динамических уравнений два (содержащих временную производную 1 -го порядка; частотной дисперсией здесь пренебрегаем). Два «статических» уравнения ограничивают вид начальных условий. Пример – вакуум без зарядов ()
Динамика э. -м. поля в вакууме Уравнения Максвелла содержат производные по времени первого порядка. Поэтому задания напряженностей Е и Н в начальный момент времени достаточно для определения дальнейшей динамики поля (+ граничные условия). Метод численного расчета: FDTD – finite-difference time-domain. – тема для итоговой презентации
Начальные условия (вакуум) не произвольны. Они должны подчиняться условиям Если это так, то и в последующие моменты времени значения останутся нулевыми, так как {div rot V = 0} Из-за уравнений Максвелла с div произвольно можно задавать только по две компоненты векторов Е 0 и Н 0, эти уравнения определяют вид третьих компонент. Например, пусть заданы Тогда (f – произвольная функция своих аргументов)
Динамика поля (задача Коши)* Поскольку уравнения Максвелла – первого порядка по времени, то начальные условия позволяют определить значения напряженностей электрического и магнитного полей в последующие моменты времени. Разложения Тейлора для малых интервалов времени:
Задания В начальный момент t = 0 заданы Найти последующие значения напряженностей. – дом. задание В некоторый момент времени заданы компоненты Найти вид третьей компоненты E в тот же момент времени.
Эволюционная переменная, пример уравнения Гельмгольца Однородная среда (вакуум), монохроматическое излучение с частотой ω Фиксированная (линейная) поляризация. Одна из компонент поля f (пример Адамара)
Задача Коши для уравнения Гельмгольца Рассмотрим пучок монохроматического излучения с преимущественным направлением вдоль оси z Зададим при z = 0 значения f и Решение уравнения Гельмгольца (разделение переменных)
Задача Коши для уравнения Гельмгольца Предел При конечных z При нулевых (в пределе) начальных данных есть решение, стремящееся при конечных z к бесконечности. Но при таких начальных данных есть и нулевое решение. Нет непрерывной зависимости решения от начальных данных. Постановка задачи некорректна. Физ. смысл – встречные волны.
Ковариантная формулировка уравнений Максвелла в вакууме. Тензоры электромагнитного поля Напряженности электрического и магнитного полей не абсолютны и имеют разную величину в различных инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друга со скоростью V. Задача – показать релятивистскую инвариантность уравнений Максвелла и найти преобразования Лоренца для электромагнитного поля. Форма записи уравнения будет релятивистски инвариантной, если оно записано в терминах скаляров, 4 -векторов и тензоров, для которых известны преобразования Лоренца.
Ковариантная формулировка …* Вводим 4 -мерное пространство-время с координатами xk, k = 0, 1, 2, 3 Другая инерционная система координат Преобразование Лоренца в частном случае, когда скорость V имеет только x-компоненту
Тензор энергии-импульса э. -м. поля Симметрия по индексам? Символ Кронекера при i = k и 0 в противном случае. - плотность э. -м. энергии, - плотность потока энергии. Тензор энергии-импульса (поля и среды) служит источником искривления пространства-времени в уравнениях тяготения Эйнштейна.
Задания 1. Найти напряженности электрического и магнитного полей точечного заряда, движущегося с постоянной скоростью. 2. Проверить инвариантность величин и (E, H). 3. Проверить, что ковариантная запись уравнений Максвелла приводит к стандартной записи при различном выборе индексов. - это все дом. задания
Уравнение распространения фронта электромагнитной волны Ранее мы решали задачу Коши, то есть по начальным данным (при t = 0) о напряженностях поля определяли последующую динамику поля. Это возможно, так как уравнения Максвелла в вакууме содержат только первые временные производные напряженностей. Более общая постановка задачи динамики: Уч. пособие, стр. 13 -17
Книга представляет собой курс лекций по классической электродинамике, который читался автором на протяжении многих лет в бакалавриате физического факультета Санкт-Петербургского (Ленинградского) государственного университета. Основу курса составляют фундаментальные принципы, такие как уравнения Максвелла и принцип относительности, объединенные в релятивистской ковариантной форме уравнений электродинамики. На их базе последовательно излагаются основные идеи и методы электростатики, теории излучения, электродинамики сплошных сред и теории волноводов. Материал представлен с высокой степенью математической строгости, которая органично соединяется с ясным изложением физического содержания. Книга может быть полезна всем, кто, имея элементарные знания в области электрических явлений и математического анализа, хотел бы получить ясное и математически строгое представление, как о теоретических основах, так и о методах решения самых сложных задач электродинамики.
Фрагмент из книги.
Резюме: при рассмотрении радиотехнических задач типа "как излучает данная антенна" нас интересует, разумеется, только создаваемое ей самой поле и для исключения внешних свободных полей на потенциалы естественно накладывать нужные по смыслу асимптотические условия на бесконечности. При такой постановке приведенные выше калибровочные условия фиксируют потенциалы однозначно. Но если нас интересуют сами свободные поля (что естественно при постановке задач, например, в квантовой теории поля), то нельзя накладывать условия, которые эти самые поля исключают.
Предисловие
1 Общее введение
1.1 Уравнения Максвелла.
1.2 Математическое отступление: соглашения об обозначениях, справочные формулы.
1.3 Интегральная форма уравнений Максвелла.
1.4 Соотношение между дифференциальной и интегральной формами уравнений Максвелла при наличии поверхностей разрыва. Краевые условия (условия сшивания).
1.5 Уравнение непрерывности, закон сохранения заряда.
1.6 Переход от напряженностей к потенциалам. Уравнения Максвелла для потенциалов.
1.7 Калибровочпые преобразования и калибровочные условия.
2 Релятивистски-ковариантная формулировка электродинамики
2.1 Обозначения.
2.2 Тензоры на группе вращений SO3 и на группе 0з.
2.3 Тензорные поля.
2.4 Электродинамика и принцип относительности.
2.5 Преобразования Лоренца, общие свойства.
2.6 Собственные преобразования Лоренца. Явный вид преобразований перехода к движущейся системе отсчета..
2.7 Релятивистский закон сложения скоростей. Сокращение масштабов и растяжение времени.
2.8 Тензоры и тензорные поля на группе Лоренца.
2.9 Тензорная природа потенциалов и напряженностей.
2.10 Ковариантная формулировка уравнений Максвелла для потенциалов.
2.11 Поперечность К, уравнение непрерывности, калибровочная инвариантность уравнений Максвелла, калибровочные условия.
2.12 Общие соображения о виде уравнений Максвелла для потенциалов.
2.13 Ковариантная запись уравнений Максвелла для напряженностей.
2.14 Преобразования потенциалов и напряженностей при переходе к движущейся системе отсчета.
2.15 Электродинамика с позиций теоретической механики. Функционал действия для электромагнитного поля.
2.16 Тензор энергии-импульса. Законы сохранения энергии и импульса.
2.17 Элементы релятивистской динамики точечной частицы. Сила Лоренца.
3 Статика
3.1 Основные соотношения.
3.2 Решение уравнения Пуассона.
3.3 Мультипольные разложение скалярного потенциала
в электростатике. Мультипольные моменты и их свойства.
3.4 Мультиполыюе разложение векторного потенциала Л в магнитостатике. Магнитный момент произвольной системы токов.
3.5 Силы и момепты сил. действующие па распределенные источники.
3.6 Потенциальная энергия системы зарядов или токов
в заданном внешнем поле.
3.7 Собственная потенциальная энергия системы зарядов или токов (энергия в собственном поле).
3.8 Диэлектрики и магнетики (статика).
3.9 Основы термодинамики диэлектриков и магнетиков. Объемные силы в диэлектриках и магнетиках.
3.10 Краевые задачи электростатики и методы их решения....
4 Динамика
4.1 Постановка задачи, общий вид решения.
4.2 Запаздывающая функция Грина волнового оператора....
4.3 Запаздывающие потенциалы.
4.4 Поле произвольным образом движущегося точечного заряда. Потенциалы Льенара -Вихерта. Мощность излучения и диаграмма направленности.
4.5 Излучение локализованных источников, мультипольное разложение.
4.6 Линейная антенна с центральным возбуждением.
4.7 Динамические уравнения Максвелла в среде.
4.8 Волноводы.
Литература Предметный указатель
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Классическая электродинамика, краткий курс лекций, учебное пособие, Васильев А.Н., 2010 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Состоит из двух частей: макроскопической Е., базирующаяся на уравнениях Максвелла, и классической электронной теории.
Основные уравнениями классической электродинамики является уравнения Максвелла, устанавливающих связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля, с распределением в пространстве зарядов и токов. Суть четырех уравнений Максвелла для электромагнитного поля качественно сводится к следующему:
1. Магнитное поле порождается движущимися зарядами и переменным электрическим полем;
2. Электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое поле) порождается переменным магнитным полем;
3. Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (это означает, что оно не имеет источников – магнитных зарядов, подобных электрическим);
4. Электрическое поле с незапертой силовыми линиями (потенциальное поле) порождается электрическими зарядами – источниками этого поля. Из теории Максвелла вытекает конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий и существовании электромагнитных волн.
В классической электродинамике рассматриваются также электромагнитные волны, их излучение и распространение в пространстве.
Отдельным разделом классической электродинамики является электродинамика сплошных сред, в которой рассматривается отзыв физических сред на возмущения внешним электрическим и магнитным полем.
§ 1. Закон Кулона
§ 2. Напряженность электрического поля
§ 3. Теорема Гаусса
§ 4. Дифференциальная форма теоремы Гаусса
§ 5. Второе уравнение электростатики и скалярный потенциал
§ 6. Поверхностные распределения зарядов и диполей. Скачки электрического поля и потенциала
§ 7. Уравнения Лапласа и Пуассона
§ 8. Теорема Грина
§ 9. Единственность решения при граничных условиях Дирихле или Неймана
§ 10. Формальное решение граничных задач электростатики с помощью функции Грина
§ 11. Потенциальная энергия и плотность энергии электростатического поля
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Метод изображений
§ 2. Точечный заряд вблизи заземленного сферического проводника
§ 3. Точечный заряд вблизи заряженного изолированного сферического проводника
§ 4. Точечный заряд вблизи сферического проводника с заданным потенциалом
§ 5. Сферический проводник в однородном электрическом поле
§ 6. Метод инверсии
§ 7. Функция Грина для сферы. Общее выражение для потенциала
§ 8. Две примыкающие проводящие полусферы, имеющие различный потенциал
§ 9. Разложение по ортогональным функциям
§ 10. Разделение переменных. Уравнение Лапласа в декартовых координатах
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Уравнение Лапласа в сферических координатах
§ 2. Уравнение Лежандра и полиномы Лежандра
§ 3. Граничные задачи с азимутальной симметрией
§ 4. Присоединенные функции Лежандра и сферические гармоники
§ 5. Теорема сложения для сферических гармоник
§ 6. Уравнение Лапласа в цилиндрических координатах. Функции Бесселя
§ 7. Граничные задачи в цилиндрических координатах
§ 8. Разложение функций Грина в сферических координатах
§ 9. Нахождение потенциала с помощью разложений для сферических функций Грина
§ 10. Разложение функций Грина в цилиндрических координатах
§ 11. Разложение функций Грина по собственным функциям
§ 12. Смешанные граничные условия. Заряженный проводящий диск
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Разложение по мультиполям
§ 2. Разложение по мультиполям энергии распределения зарядов во внешнем поле
§ 3. Макроскопическая электростатика. Эффекты совокупного действия атомов
§ 4. Изотропные диэлектрики и граничные условия
§ 5. Граничные задачи при наличии диэлектриков
§ 6. Поляризуемость молекул и диэлектрическая восприимчивость
§ 7. Модели поляризуемости молекул
§ 8. Энергия электрического поля в диэлектрике
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Введение и основные определения
§ 2. Закон Био и Савара
§ 3. Дифференциальные уравнения магнитостатики и закон Ампера
§ 4. Векторный потенциал
§ 5. Векторный потенциал и магнитная индукция кругового витка тока
§ 6. Магнитное поле ограниченного распределения токов. Магнитный момент
§ 7. Сила и момент, действующие на ограниченное распределение тока во внешнем магнитном поле
§ 8. Макроскопические уравнения
§ 9. Граничные условия для магнитной индукции и поля
§ 10. Однородно намагниченный шар
§ 11. Намагниченный шар во внешнем поле. Постоянные магниты
§ 12. Магнитное экранирование. Сферическая оболочка из магнитного материала в однородном поле
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Закон индукции Фарадея
§ 2. Энергия магнитного поля
§ 3. Максвелловский ток смещения. Уравнения Максвелла
§ 4. Векторный и скалярный потенциалы
§ 5. Калибровочные преобразования. Лоренцовская калибровка. Кулоновская калибровка
§ 6. Функция Грина для волнового уравнения
§ 7. Задача с начальными условиями. Интегральное представление Кирхгофа
§ 8. Теорема Пойнтинга
§ 9. Законы сохранения для системы заряженных частиц и электромагнитных полей
§ 10. Макроскопические уравнения
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Плоские волны в непроводящей среде
§ 2. Линейная и круговая поляризация
§ 3. Суперпозиция волн в одном измерении. Групповая скорость
§ 4. Примеры распространения импульсов в диспергирующей среде
§ 5. Отражение и преломление электромагнитных волн на плоской границе раздела между диэлектриками
§ 6. Поляризация при отражении и полное внутреннее отражение
§ 7. Волны в проводящей среде
§ 8. Простая модель проводимости
§ 9. Поперечные волны в разреженной плазме
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Поля на поверхности и внутри проводника
§ 2. Цилиндрические резонаторы и волноводы
§ 3. Волноводы
§ 4. Волны в прямоугольном волноводе
§ 5. Поток энергии и затухание в волноводах
§ 6. Резонаторы
§ 7. Потери мощности в резонаторе. Добротность резонатора
§ 8. Диэлектрические волноводы
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Поля, создаваемые ограниченными колеблющимися источниками
§ 2. Электрическое дипольное поле и излучение
§ 3. Магнитные дипольные и электрические квадрупольные поля
§ 4. Линейная антенна с центральным возбуждением
§ 5. Интеграл Кирхгофа
§ 6. Векторные эквиваленты интеграла Кирхгофа
§ 7. Принцип Бабине для дополнительных экранов
§ 8. Дифракция на круглом отверстии
§ 9. Дифракция на малых отверстиях
§ 10. Рассеяние коротких волн проводящей сферой
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Введение и основные понятия
§ 2. Уравнения магнитной гидродинамики
§ 3. Магнитная диффузия, вязкость и давление
§ 4. Магнитогидродинамический поток между границами в скрещенных электрическом и магнитном полях
§ 5. Пинч-эффект
§ 6. Динамическая модель пинч-эффекта
§ 7. Неустойчивости сжатого плазменного столба
§ 8. Магнитогидродинамические волны
§ 9. Высокочастотные плазменные колебания
§ 10. Коротковолновые плазменные колебания. Дебаевский радиус экранирования
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Исторические предпосылки и основные эксперименты
§ 2. Постулаты специальной теории относительности и преобразование Лоренца
§ 3. Сокращение Фицджеральда-Лоренца и замедление времени
§ 4. Сложение скоростей. Аберрация и опыт Физо. Допплеровское смещение
§ 5. Прецессия Томаса
§ 6. Собственное время и световой конус
§ 7. Преобразования Лоренца как ортогональные преобразования в четырехмерном пространстве
§ 8. Четырехвекторы и четырехтензоры. Ковариантность уравнений физики
§ 9. Ковариантность уравнений электродинамики
§ 10. Преобразование электромагнитного поля
§ 11. Ковариантность выражения для силы Лоренца и законов сохранения
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Импульс и энергия частицы
§ 2. Кинематика осколков при распаде нестабильной частицы
§ 3. Преобразование к системе центра масс и пороги реакций
§ 4. Преобразование импульса и энергии из системы центра масс в лабораторную систему
§ 5. Ковариантные уравнения движения. Лагранжиан и гамильтониан для релятивистской заряженной частицы
§ 6. Релятивистские поправки первого порядка для лагранжиан взаимодействующих заряженных частиц
§ 7. Движение в однородном статическом магнитном поле
§ 8. Движение в однородных статических электрическом и магнитном полях
§ 9. Дрейф частиц в неоднородном статическом магнитном поле
§ 10. Адиабатическая инвариантность магнитного потока сквозь орбиту частицы
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Передача энергии при кулоновских соударениях
§ 2. Передача энергии гармоническому осциллятору
§ 3. Классическое и квантовомеханическое выражение для потерь энергии
§ 4. Влияние плотности на потери энергии при соударении
§ 5. Потери энергии в электронной плазме
§ 6. Упругое рассеяние быстрых частиц атомами
§ 7. Среднеквадратичное значение угла рассеяния и угловое распределение при многократном рассеянии
§ 8. Электропроводность плазмы
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Потенциалы Лиенара-Вихерта и поле точечного заряда
§ 2. Полная мощность, излучаемая ускоренно движущимся зарядом. Формула Лармора и ее релятивистское обобщение
§ 3. Угловое распределение излучения ускоряемого заряда
§ 4. Излучение заряда при произвольном ультрарелятивистском движениим
§ 5. Спектральное и угловое распределения энергии, излучаемой ускоренными зарядами
§ 6. Спектр излучения релятивистской заряженной частицы при мгновенном движении по окружности
§ 7. Рассеяние на свободных зарядах. Формула Томсона
§ 8. Когерентное и некогерентное рассеяние
§ 9. Излучение Вавилова-Черенкова
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Излучение при соударениях
§ 2. Тормозное излучение при нерелятивистских кулоновских соударениях
§ 3. Тормозное излучение при релятивистском движении
§ 4. Влияние экранирования. Потери на излучение в релятивистском случае
§ 5. Метод виртуальных фотонов Вейцзеккера-Вильямса
§ 6. Тормозное излучение как рассеяние виртуальных фотонов
§ 7. Излучение при бета-распаде
§ 8. Излучение при захвате орбитальных электронов. Исчезновение заряда и магнитного момента
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Собственные функции скалярного волнового уравнения
§ 2. Разложение электромагнитных полей по мультиполям
§ 3. Свойства полей мультиполей. Энергия и момент количества движения мультипольного излучения
§ 4. Угловое распределение мультипольного излучения
§ 5. Источники мультипольного излучения. Мультипольные моменты
§ 6. Мультипольное излучение атомных и ядерных систем
§ 7. Излучение линейной антенны с центральным возбуждением
§ 8. Разложение векторной плоской волны по сферическим волнам
§ 9. Рассеяние электромагнитных волн на проводящей сфере
§ 10. Решение граничных задач с помощью разложений по мультиполям
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Вводные замечания
§ 2. Определение силы реакции излучения из закона сохранения энергии
§ 3. Вычисление силы реакции излучения по Абрагаму и Лоренцу
§ 4. Трудности модели Абрагама-Лоренца
§ 5. Трансформационные свойства модели Абрагама-Лоренца. Натяжения Пуанкаре
§ 6. Ковариантное определение собственной электромагнитной энергии и импульса заряженной частицы
§ 7. Интегро-дифференциальное уравнение движения с учетом радиационного затухания
§ 8. Ширина линии и сдвиг уровня для осциллятора
§ 9. Рассеяние и поглощение излучения осциллятором
Рекомендуемая литература
Задачи
§ 1. Единицы измерения и размерности. Основные и производные единицы
§ 2. Единицы измерения и уравнения электродинамики
§ 3. Различные системы электромагнитных единиц
§ 4. Перевод формул и численных значений величин из гауссовой системы единиц в систему МКС
Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства