Este format din două părți: teoria macroscopică a electronilor, bazată pe ecuațiile lui Maxwell, și teoria electronilor clasice.
Ecuațiile de bază ale electrodinamicii clasice sunt ecuațiile lui Maxwell, care stabilesc o legătură între mărimile care caracterizează câmpurile electrice și magnetice cu distribuția sarcinilor și curenților în spațiu. Esența celor patru ecuații ale lui Maxwell pentru câmpul electromagnetic este redusă calitativ la următoarele:
1. Câmpul magnetic este generat de sarcini în mișcare și un câmp electric alternativ;
2. Un câmp electric cu linii de forță închise (câmp vortex) este generat de un câmp magnetic alternativ;
3. Liniile de câmp magnetic sunt întotdeauna închise (asta înseamnă că nu are surse - sarcini magnetice asemănătoare cu cele electrice);
4. Un câmp electric cu linii de forță neblocate (câmp potențial) este generat de sarcinile electrice - sursele acestui câmp. Teoria lui Maxwell presupune caracterul finit al vitezei de propagare a interacțiunilor electromagnetice și existența undelor electromagnetice.
Electrodinamica clasică ia în considerare și undele electromagnetice, radiația și propagarea lor în spațiu.
O secțiune separată a electrodinamicii clasice este electrodinamica mediilor continue, care ia în considerare răspunsul mediilor fizice la perturbațiile generate de câmpurile electrice și magnetice externe.
§ 1. Legea lui Coulomb
§ 2. Tensiune câmp electric
§ 3. Teorema lui Gauss
§ 4. Forma diferenţială a teoremei lui Gauss
§ 5. A doua ecuaţie a electrostaticei şi potenţialului scalar
§ 6. Distribuţiile de suprafaţă ale sarcinilor şi dipolilor. Câmp electric și salturi de potențial
§ 7. Ecuaţiile Laplace şi Poisson
§ 8. Teorema lui Green
§ 9. Unicitatea soluției în condiții la limită Dirichlet sau Neumann
§ 10. Rezolvarea formală a problemelor cu valori la limită ale electrostaticei folosind funcția lui Green
§ 11. Energia potenţială şi densitatea energetică a câmpului electrostatic
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Metoda imaginilor
§ 2. Sarcină punctuală lângă un conductor sferic împământat
§ 3. Sarcină punctuală lângă un conductor sferic izolat încărcat
§ 4. Sarcină punctuală în apropierea unui conductor sferic cu un potenţial dat
§ 5. Conductor sferic într-un omogen câmp electric
§ 6. Metoda inversării
§ 7. Funcția lui Green pentru o sferă. Expresie generală a potențialului
§ 8. Două emisfere conducătoare adiacente având potenţiale diferite
§ 9. Extindere în funcţii ortogonale
§ 10. Separarea variabilelor. Ecuația lui Laplace în coordonate carteziene
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Ecuaţia lui Laplace în coordonate sferice
§ 2. Ecuaţia lui Legendre şi polinoamele lui Legendre
§ 3. Probleme cu valori la limită cu simetrie azimutală
§ 4. Funcţii Legendre asociate şi armonici sferice
§ 5. Teorema de adunare pentru armonici sferice
§ 6. Ecuaţia lui Laplace în coordonate cilindrice. Funcțiile Bessel
§ 7. Probleme cu valori la limită în coordonate cilindrice
§ 8. Extinderea funcţiilor lui Green în coordonate sferice
§ 9. Găsirea potențialului folosind expansiuni pentru funcțiile lui Green sferice
§ 10. Extinderea funcţiilor lui Green în coordonate cilindrice
§ 11. Extinderea funcţiilor lui Green în termeni de funcţii proprii
§ 12. Condiții la limită mixte. Disc conductor încărcat
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Expansiune multipolară
§ 2. Extinderea în multipoli a distribuţiei de energie a sarcinilor în câmp extern
§ 3. Electrostatică macroscopică. Efectele acțiunii combinate a atomilor
§ 4. Dielectrici izotropi și condiții la limită
§ 5. Probleme cu valorile la limită în prezenţa dielectricilor
§ 6. Polarizabilitatea moleculelor și susceptibilitatea dielectrică
§ 7. Modele de polarizabilitate moleculară
§ 8. Energia câmpului electric într-un dielectric
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Introducere și definiții de bază
§ 2. Legea lui Biot si Savart
§ 3. Ecuatii diferentiale magnetostatică și legea lui Ampere
§ 4. Potential vectorial
§ 5. Potențialul vectorial și inducția magnetică a unei bucle de curent circular
§ 6. Câmp magnetic de distribuţie limitată a curentului. Moment magnetic
§ 7. Forța și cuplul care acționează asupra unei distribuții limitate a curentului într-un câmp magnetic extern
§ 8. Ecuaţii macroscopice
§ 9. Condiții la limită pentru inducția și câmpul magnetic
§ 10. Bilă magnetizată uniform
§ 11. Minge magnetizată într-un câmp exterior. Magneți permanenți
§ 12. Ecranarea magnetică. Înveliș sferic de material magnetic într-un câmp uniform
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Legea inducţiei lui Faraday
§ 2. Energia câmpului magnetic
§ 3. Curentul de deplasare maxwellian. Ecuațiile lui Maxwell
§ 4. Potențiale vectoriale și scalare
§ 5. Transformări de gabarit. ecartamentul Lorentz. Manometru Coulomb
§ 6. Funcţia lui Green pentru ecuaţia de undă
§ 7. Problemă cu condiţiile iniţiale. Reprezentare integrală Kirchhoff
§ 8. Teorema lui Poynting
§ 9. Legile de conservare pentru un sistem de particule încărcate și câmpuri electromagnetice
§ 10. Ecuaţii macroscopice
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Unde plane într-un mediu neconductor
§ 2. Polarizare liniară și circulară
§ 3. Suprapunerea undelor într-o singură dimensiune. Viteza grupului
§ 4. Exemple de propagare a impulsurilor într-un mediu dispersiv
§ 5. Reflexia si refractia undelor electromagnetice la o interfata plana intre dielectrici
§ 6. Polarizarea în timpul reflexiei și reflexia internă totală
§ 7. Unde într-un mediu conductor
§ 8. Model simplu conductivitate
§ 9. Unde transversale în plasmă rarefiată
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Câmpuri la suprafaţă şi în interiorul unui conductor
§ 2. Rezonatoare cilindrice si ghidaje de unda
§ 3. Ghiduri de undă
§ 4. Unde într-un ghid de undă dreptunghiular
§ 5. Fluxul de energie și atenuarea în ghiduri de undă
§ 6. Rezonatoare
§ 7. Pierderi de putere în rezonator. Factorul de calitate al rezonatorului
§ 8. Ghiduri de undă dielectrice
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Câmpuri create de surse oscilante limitate
§ 2. Câmp dipol electric și radiație
§ 3. Câmpuri dipol magnetice şi cvadrupolare electrice
§ 4. Antenă liniară cu excitaţie centrală
§ 5. Integrala Kirchhoff
§ 6. Echivalente vectoriale ale integralei Kirchhoff
§ 7. Principiul lui Babinet pentru ecrane suplimentare
§ 8. Difracţia prin gaura rotunda
§ 9. Difracţia prin găuri mici
§ 10. Imprăștirea undelor scurte de către o sferă conducătoare
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Introducere și concepte de bază
§ 2. Ecuaţiile magnetohidrodinamicii
§ 3. Difuziunea magnetică, vâscozitatea și presiunea
§ 4. Curgerea magnetohidrodinamică între limite în câmpuri electrice și magnetice încrucișate
§ 5. Efect de ciupire
§ 6. Modelul dinamic al efectului de ciupire
§ 7. Instabilitati ale unei coloane cu plasma comprimata
§ 8. Unde magnetohidrodinamice
§ 9. Oscilaţii cu plasmă de înaltă frecvenţă
§ 10. Oscilaţii cu undă scurtă de plasmă. Raza de screening Debye
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Context istoric și principalele experimente
§ 2. Postulatele teorie specială relativitatea și transformarea Lorentz
§ 3. Contractia Fitzgerald-Lorentz si dilatarea timpului
§ 4. Adunarea vitezelor. Aberația și experiența lui Fizeau. Schimbarea Doppler
§ 5. Thomas Precesia
§ 6. Timpul propriuși con de lumină
§ 7. Transformările Lorentz ca transformări ortogonale în spațiul cu patru dimensiuni
§ 8. Patru vectori şi patru tensori. Covarianța ecuațiilor fizice
§ 9. Covarianţa ecuaţiilor electrodinamice
§ 10. Transformarea câmpului electromagnetic
§ 11. Covarianța expresiei pentru forța Lorentz și legile de conservare
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Momentul și energia unei particule
§ 2. Cinematica fragmentelor în timpul dezintegrarii unei particule instabile
§ 3. Conversia în sistemul de centru de masă și praguri de reacție
§ 4. Conversia impulsului și energiei din sistemul centrului de masă în sistemul de laborator
§ 5. Ecuaţii covariante ale mişcării. Lagrangian și Hamiltonian pentru o particulă încărcată relativistă
§ 6. Corecții relativiste de ordinul întâi pentru lagrangienii particulelor încărcate care interacționează
§ 7. Mişcarea într-un câmp magnetic static uniform
§ 8. Mișcarea în câmpuri electrice și magnetice statice uniforme
§ 9. Derivarea particulelor într-un câmp magnetic static neuniform
§ 10. Invarianța adiabatică a fluxului magnetic prin orbita unei particule
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Transferul de energie în timpul coliziunilor Coulomb
§ 2. Transfer de energie la un oscilator armonic
§ 3. Expresia mecanică clasică și cuantică a pierderilor de energie
§ 4. Influența densității asupra pierderii de energie în timpul coliziunii
§ 5. Pierderi de energie în plasma de electroni
§ 6. Imprăștirea elastică a particulelor rapide de către atomi
§ 7. Valoarea pătrată medie a unghiului de împrăștiere și distribuția unghiulară pentru împrăștierea multiplă
§ 8. Conductivitatea electrică a plasmei
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Potențialele Lienard-Wiechert și câmpul unei sarcini punctuale
§ 2. Puterea totală emisă de o sarcină în mișcare accelerată. Formula lui Larmore și generalizarea sa relativistă
§ 3. Distribuţia unghiulară a radiaţiei de la o sarcină accelerată
§ 4. Emisia de sarcină în timpul mișcării ultrarelativiste arbitrare
§ 5. Distribuţiile spectrale şi unghiulare ale energiei emise de sarcinile accelerate
§ 6. Spectrul de radiații al unei particule încărcate relativiste în timpul mișcării instantanee într-un cerc
§ 7. Scattering prin taxe gratuite. formula lui Thomson
§ 8. Imprăștire coerentă și incoerentă
§ 9. Radiaţia Vavilov-Cherenkov
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Radiaţiile în timpul coliziunilor
§ 2. Bremsstrahlung în timpul ciocnirilor nonrelativiste coulombiene
§ 3. Bremsstrahlung în timpul mișcării relativiste
§ 4. Efectul de ecranare. Pierderile de radiație în cazul relativist
§ 5. Metoda fotonului virtual Weizsäcker-Williams
§ 6. Bremsstrahlung ca împrăștiere a fotonilor virtuali
§ 7. Radiația de la degradarea beta
§ 8. Radiaţia în timpul captării electronilor orbitali. Dispariția sarcinii și a momentului magnetic
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Funcţiile proprii ale ecuaţiei de undă scalară
§ 2. Expansiunea câmpurilor electromagnetice în multipoli
§ 3. Proprietăţile câmpurilor multipolare. Energia și momentul unghiular al radiației multipolare
§ 4. Distribuţia unghiulară a radiaţiei multipolare
§ 5. Surse de radiaţie multipolară. Momente multipolare
§ 6. Radiaţia multipolară a sistemelor atomice şi nucleare
§ 7. Radiaţia unei antene liniare cu excitaţie centrală
§ 8. Expansiunea unei unde plane vectoriale în unde sferice
§ 9. Imprăștirea undelor electromagnetice pe o sferă conducătoare
§ 10. Rezolvarea problemelor cu valori la limită folosind expansiuni multipolare
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Observaţii introductive
§ 2. Determinarea forţei de reacţie a radiaţiei din legea conservării energiei
§ 3. Calculul forţei de reacţie a radiaţiei după Abraham şi Lorentz
§ 4. Dificultăţi ale modelului Abraham-Lorentz
§ 5. Proprietăţile de transformare ale modelului Abraham-Lorentz. Tensiuni Poincaré
§ 6. Determinarea covariantă a energiei electromagnetice intrinseci și a impulsului unei particule încărcate
§ 7. Ecuația de mișcare integral-diferențială ținând cont de atenuarea radiativă
§ 8. Lăţimea liniei şi deplasarea nivelului pentru oscilator
§ 9. Difuzarea si absorbtia radiatiilor de catre un oscilator
Lectură recomandată
Sarcini
§ 1. Unităţi de măsură şi dimensiuni. Unități de bază și derivate
§ 2. Unităţi de măsură şi ecuaţii ale electrodinamicii
§ 3. Diverse sisteme unități electromagnetice
§ 4. Traducerea formulelor şi valori numerice cantități de la sistemul gaussian de unități la sistemul ISS
Definiția 1
Electrodinamica este o teorie care examinează procesele electromagnetice în vid și diverse medii.
Electrodinamica acoperă un set de procese și fenomene în care rolul cheie este jucat de acțiunile dintre particulele încărcate, care sunt efectuate printr-un câmp electromagnetic.
Istoria dezvoltării electrodinamicii
Istoria dezvoltării electrodinamicii este istoria evoluției conceptelor fizice tradiționale. Chiar înainte de mijlocul secolului al XVIII-lea, au fost stabilite rezultate experimentale importante care s-au datorat electricității:
- repulsie și atracție;
- împărțirea materiei în izolatori și conductori;
- existența a două tipuri de energie electrică.
S-au obținut rezultate considerabile și în studiul magnetismului. Utilizarea energiei electrice a început în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. Apariția ipotezei despre electricitate ca substanță materială specială este asociată cu numele lui Franklin (1706-1790), iar în 1785, Coulomb a stabilit legea interacțiunii sarcinilor punctiforme.
Volt (1745-1827) a inventat multe instrumente electrice de măsură. În 1820, a fost instituită o lege care a determinat forta mecanica, cu care câmpul magnetic acţionează asupra elementului curent electric. Acest fenomen a devenit cunoscut sub numele de legea lui Ampere. Ampere a stabilit și legea acțiunii forței a mai multor curenți. În 1820, Oersted a descoperit efectul magnetic al curentului electric. Legea lui Ohm a fost stabilită în 1826.
În fizică, ipoteza curenților moleculari, care a fost propusă de Ampere încă din 1820, are o importanță deosebită. Faraday a descoperit legea inducției electromagnetice în 1831. James Clerk Maxwell (1831-1879) în 1873 a stabilit ecuațiile care au devenit ulterior baza teoretică a electrodinamicii. O consecință a ecuațiilor lui Maxwell este predicția naturii electromagnetice a luminii. El a prezis și posibilitatea existenței undelor electromagnetice.
De-a lungul timpului, știința fizică a dezvoltat ideea câmpului electromagnetic ca o entitate materială independentă, care este un fel de purtător de interacțiuni electromagnetice în spațiu. Diverse fenomene magnetice și electrice au trezit întotdeauna interesul oamenilor.
Adesea, termenul „electrodinamică” se referă la electrodinamica tradițională, care descrie numai proprietățile continue ale câmpului electromagnetic.
Câmpul electromagnetic este subiectul principal de studiu al electrodinamicii, precum și un fel deosebit materie, care se manifestă atunci când interacționează cu particulele încărcate.
Popov A.S. În 1895 a inventat radioul. Acesta a fost cel care a avut un impact cheie asupra dezvoltării ulterioare a tehnologiei și științei. Ecuațiile lui Maxwell pot fi folosite pentru a descrie toate fenomenele electromagnetice. Ecuațiile stabilesc relația dintre mărimile care caracterizează câmpurile magnetice și electrice, care distribuie curenții și sarcinile în spațiu.
Figura 1. Dezvoltarea doctrinei electricității. Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților
Formarea și dezvoltarea electrodinamicii tradiționale
Pasul cheie și cel mai semnificativ în dezvoltarea electrodinamicii a fost descoperirea lui Faraday - fenomenul inducției electromagnetice (excitarea forței electromotoare în conductori folosind un câmp electromagnetic alternativ). Aceasta este ceea ce a devenit baza ingineriei electrice.
Michael Faraday este un fizician englez care s-a născut în familia unui fierar din Londra. A absolvit școală primară iar de la 12 ani a lucrat ca livrator de ziare. În 1804, a devenit studentul emigrantului francez Ribot, care a încurajat dorința lui Faraday de autoeducație. La cursuri, el a căutat să-și extindă cunoștințele despre științele naturale ale chimiei și fizicii. În 1813 i s-a dat un bilet la prelegerile lui Humphry Davy, care au jucat rol decisivîn destinul său. Cu ajutorul lui, Faraday a primit un post de asistent la Instituția Regală.
Lucrările științifice ale lui Faraday s-au desfășurat la Royal Institution, unde l-a ajutat pentru prima dată pe Davy în a lui experimente chimice, după care a început să le realizeze singur. Faraday a obținut benzen prin reducerea clorului și a altor gaze. În 1821, el a descoperit modul în care un magnet se rotește în jurul unui conductor care poartă curent, creând primul model de motor electric.
În următorii 10 ani, Faraday a studiat conexiunile dintre fenomenele magnetice și cele electrice. Toate cercetările sale au fost încununate cu descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică, care a avut loc în 1831. El a studiat acest fenomen în detaliu și și-a format, de asemenea, legea de bază, în timpul căreia a dezvăluit dependența curentului de inducție. Faraday a investigat, de asemenea, fenomenele de închidere, deschidere și auto-inducție.
Descoperirea inducției electromagnetice a produs semnificație științifică. Acest fenomen stă la baza tuturor alternării şi curent continuu. Deoarece Faraday a căutat în mod constant să identifice natura curentului electric, acest lucru l-a determinat să efectueze experimente privind trecerea curentului prin soluții de săruri, acizi și alcalii. În urma acestor studii, a apărut legea electrolizei, care a fost descoperită în 1833. Anul acesta deschide un voltmetru. În 1845, Faraday a descoperit fenomenul de polarizare a luminii într-un câmp magnetic. Anul acesta a descoperit și diamagnetismul, iar în 1847 paramagnetismul.
Nota 1
Ideile lui Faraday despre câmpurile magnetice și electrice au avut o influență cheie asupra dezvoltării întregii fizice. În 1832, el a propus că propagarea fenomenelor electromagnetice este un proces ondulatoriu care are loc la o viteză finită. În 1845, Faraday a folosit pentru prima dată termenul „câmp electromagnetic”.
Descoperirile lui Faraday au câștigat o mare popularitate în întreaga lume științifică. În onoarea sa, British Chemical Society a înființat Medalia Faraday, care a devenit un premiu științific onorific.
Explicând fenomenele de inducție electromagnetică și întâmpinând dificultăți, Faraday a sugerat implementarea interacțiunilor electromagnetice folosind un câmp electric și magnetic. Toate acestea au pus bazele creării conceptului de câmp electromagnetic, care a fost oficializat de James Maxwell.
Contribuția lui Maxwell la dezvoltarea electrodinamicii
James Clerk Maxwell este un fizician englez care s-a născut la Edinburgh. Sub conducerea sa a fost creat Laboratorul Cavendish din Cambridge, pe care l-a condus de-a lungul vieții.
Lucrările lui Maxwell sunt dedicate electrodinamicii, statisticii generale, fizicii moleculare, mecanicii, opticii și teoriei elasticității. El și-a adus cele mai semnificative contribuții la electrodinamică și fizica moleculara. Unul dintre fondatorii teoriei cinetice a gazelor este Maxwell. El a stabilit funcțiile de distribuție a vitezei ale moleculelor, care se bazează pe luarea în considerare a coliziunilor inverse și directe.Maxwell a dezvoltat teoria transferului într-o formă generală și a aplicat-o proceselor de difuzie, frecare internă, conductivitate termică și, de asemenea, a introdus conceptul de relaxare.
În 1867, el a arătat pentru prima dată natura statistică a termodinamicii, iar în 1878 a introdus conceptul de „mecanică statistică”. Cel mai semnificativ realizare științifică Maxwell este teoria câmpului electromagnetic creat de el. În teoria sa, el folosește un nou concept „curent de deplasare” și oferă o definiție a câmpului electromagnetic.
Nota 2
Maxwell prezice un efect nou important: existența radiatie electromagneticași undele electromagnetice în spațiul liber, precum și propagarea lor cu viteza luminii. De asemenea, a formulat o teoremă în teoria elasticității, stabilind relația dintre parametrii termofizici cheie. Maxwell dezvoltă teoria vederii culorilor și studiază stabilitatea inelelor lui Saturn. Arată că inelele nu sunt lichide sau solide, ci sunt un roi de meteoriți.
Maxwell a fost un popularizator celebru cunoștințe fizice. Conținutul celor patru ecuații ale câmpului electromagnetic este următorul:
- Un câmp magnetic este generat cu ajutorul sarcinilor în mișcare și a unui câmp electric alternativ.
- Un câmp electric cu linii de forță închise este generat cu ajutorul unui câmp magnetic alternativ.
- Liniile de câmp magnetic sunt întotdeauna închise. Acest câmp nu are sarcini magnetice, care sunt similare cu cele electrice.
- Un câmp electric, care are linii de forță deschise, este generat de sarcinile electrice, care sunt sursele acestui câmp.
Cartea este un curs de prelegeri despre electrodinamica clasică, pe care autorul l-a citit timp de mulți ani ca universitar. Facultatea de Fizică Sankt Petersburg (Leningrad) universitate de stat. Cursul se bazează pe principii fundamentale precum ecuațiile lui Maxwell și principiul relativității, combinate în forma covariantă relativistă a ecuațiilor electrodinamice. Pe baza lor, ideile și metodele de bază ale electrostaticei, teoria radiațiilor, electrodinamica mediilor continue și teoria ghidurilor de undă sunt prezentate în mod consecvent. Materialul este prezentat cu un grad ridicat de rigoare matematică, care este combinat perfect cu o prezentare clară a conținutului fizic. Cartea poate fi utilă oricui, având cunoștințe de bază în domeniul fenomenelor electrice și al analizei matematice, ar dori să obțină o înțelegere clară și riguroasă din punct de vedere matematic a modului în care fundamente teoretice, și despre metodele de rezolvare a celor mai multe sarcini complexe electrodinamică.
Fragment din carte.
Rezumat: atunci când luăm în considerare probleme de inginerie radio de tipul „cum radiază această antenă”, ne interesează, desigur, doar câmpul creat de ea însuși și, pentru a exclude câmpurile libere externe, este firesc să impunem condițiile asimptotice necesare la infinit pe potenţiale. Cu această formulare, condițiile de măsurare de mai sus fixează potențialele în mod unic. Dar dacă suntem interesați de câmpurile libere în sine (ceea ce este firesc atunci când formulăm probleme, de exemplu, în teoria câmpurilor cuantice), atunci nu putem impune condiții care exclud chiar aceste câmpuri.
Prefaţă
1 Introducere generală
1.1 Ecuațiile lui Maxwell.
1.2 Digresiune matematică: convenții de notație, formule de referință.
1.3 Forma integrală a ecuațiilor lui Maxwell.
1.4 Relația dintre formele diferențiale și integrale ale ecuațiilor lui Maxwell în prezența suprafețelor de discontinuitate. Condiții la limită (condiții de potrivire).
1.5 Ecuația continuității, legea conservării sarcinii.
1.6 Tranziția de la tensiuni la potențiale. Ecuațiile lui Maxwell pentru potențiale.
1.7 Transformări de calibrare și condiții de calibrare.
2 Formularea relativistic-covariantă a electrodinamicii
2.1 Denumiri.
2.2 Tensori pe grupul de rotație SO3 și pe grupul 03.
2.3 Câmpuri tensoare.
2.4 Electrodinamica și principiul relativității.
2.5 Transformări Lorentz, proprietăți generale.
2.6 Transformări proprii Lorentz. Formă explicită de transformări ale tranziției la un cadru de referință în mișcare.
2.7 Legea relativistă a adunării vitezelor. Reducerea scării și a timpului de întindere.
2.8 Tensori și câmpuri tensorice pe grupul Lorentz.
2.9 Natura tensorală a potențialelor și tensiunilor.
2.10 Formularea covariantă a ecuațiilor lui Maxwell pentru potențiale.
2.11 Transversalitatea K, ecuația de continuitate, invarianța gauge a ecuațiilor lui Maxwell, condițiile gauge.
2.12 Considerații generale asupra formei ecuațiilor lui Maxwell pentru potențiale.
2.13 Înregistrarea covariantă a ecuațiilor lui Maxwell pentru tensiuni.
2.14 Transformări ale potențialelor și tensiunilor în timpul tranziției la un cadru de referință în mișcare.
2.15 Electrodinamica din perspectiva mecanică teoretică. Acțiune funcțională pentru câmp electromagnetic.
2.16 Tensor energie-impuls. Legile conservării energiei și impulsului.
2.17 Elemente de dinamică relativistă a unei particule punctiforme. forța Lorentz.
3 Statica
3.1 Relații de bază.
3.2 Rezolvarea ecuației lui Poisson.
3.3 Expansiunea multipolară a potențialului scalar
în electrostatică. Momentele multipolare și proprietățile lor.
3.4 Expansiunea multicâmp a potențialului vectorial A în magnetostatică. Momentul magnetic al unui sistem de curent arbitrar.
3.5 Forțe și momente ale forțelor. acţionând pe surse distribuite.
3.6 Energia potențială a unui sistem de sarcini sau curenți
într-un domeniu extern dat.
3.7 Energia potențială proprie a unui sistem de sarcini sau curenți (energie în câmp propriu).
3.8 Dielectrici și magneți (statici).
3.9 Fundamentele termodinamicii dielectricilor și magneților. Forțe de volum în dielectrici și magneți.
3.10 Probleme cu valori la limită ale electrostaticei și metode de rezolvare a acestora....
4 Dinamica
4.1 Enunțarea problemei, forma generala solutii.
4.2 Funcția lui Retarded Green a operatorului valului....
4.3 Potențiale întârziate.
4.4 Câmpul unei sarcini punctiforme care se mișcă arbitrar. Potențialele Liénard-Wiechert. Puterea de radiație și modelul de radiație.
4.5 Radiații din surse localizate, descompunere multipolară.
4.6 Antenă liniară cu excitație centrală.
4.7 Ecuațiile dinamice ale lui Maxwell într-un mediu.
4.8 Ghiduri de undă.
Literatură Index de subiecte
Descărcare gratuită e-carteîntr-un format convenabil, urmăriți și citiți:
Descarcă cartea Electrodinamică clasică, curs scurt de prelegeri, ghid de studiu, Vasiliev A.N., 2010 - fileskachat.com, descărcare rapidă și gratuită.
Subiect de electrodinamică clasică
Electrodinamica clasică este o teorie care explică comportamentul câmpului electromagnetic care realizează interacțiunea electromagnetică între sarcinile electrice.
Legile electrodinamicii macroscopice clasice sunt formulate în ecuațiile lui Maxwell, care fac posibilă determinarea valorilor caracteristicilor câmpului electromagnetic: puterea câmpului electric Eși inducția magnetică ÎNîn vid și în corpuri macroscopice, în funcție de distribuția sarcinilor electrice și a curenților în spațiu.
Interacțiunea sarcinilor electrice staționare este descrisă de ecuațiile electrostaticii, care pot fi obținute ca o consecință a ecuațiilor lui Maxwell.
Câmpul electromagnetic microscopic creat de particulele individuale încărcate este determinat în electrodinamica clasică de ecuațiile Lorentz-Maxwell, care stau la baza teoriei statistice clasice a proceselor electromagnetice din corpurile macroscopice. Medierea acestor ecuații duce la ecuațiile lui Maxwell.
Printre toate specii cunoscute interacțiunile, interacțiunea electromagnetică ocupă primul loc în ceea ce privește amploarea și varietatea manifestărilor. Acest lucru se datorează faptului că toate corpurile sunt construite din particule încărcate electric (pozitive și negative), interacțiunea electromagnetică între care, pe de o parte, este multe ordine de mărime mai intensă decât interacțiunea gravitațională și slabă, iar pe de altă parte. , este cu rază lungă, spre deosebire de interacțiunea puternică.
Interacțiunea electromagnetică determină structura învelișurilor atomice, coeziunea atomilor în molecule (forțe legătură chimică) și formarea materiei condensate (interacțiune interatomică, interacțiune intermoleculară).
Legile electrodinamicii clasice nu sunt aplicabile la frecvențe înalte și, în consecință, lungimi scurte de unde electromagnetice, de exemplu. pentru procesele care au loc pe intervale spatio-timp mici. În acest caz, legile electrodinamicii cuantice sunt valabile.
1.2. Sarcina electrică și caracterul ei discret.
Teoria de rază scurtă
Dezvoltarea fizicii a demonstrat că fizică şi Proprietăți chimice substanțele sunt în mare măsură determinate de forțele de interacțiune cauzate de prezența și interacțiunea sarcinilor electrice ale moleculelor și atomilor diferitelor substanțe.
Se știe că în natură există două tipuri de sarcini electrice: pozitive și negative. Ele pot exista sub formă particule elementare: electroni, protoni, pozitroni, ioni pozitivi și negativi etc., precum și „electricitate liberă”, dar numai sub formă de electroni. Prin urmare, un corp încărcat pozitiv este o colecție de sarcini electrice cu o lipsă de electroni, iar un corp încărcat negativ este un exces al acestora. Încărcăturile diferitelor semne se compensează reciproc, prin urmare, în corpurile neîncărcate există întotdeauna taxe ale ambelor semne în astfel de cantități încât efectul lor total este compensat.
Proces de redistribuire sarcini pozitive și negative ale corpurilor neîncărcate sau dintre părți separate ale aceluiași corp, aflate sub influență diverși factori numit electrificare.
Deoarece electronii liberi sunt redistribuiți în timpul electrizării, atunci, de exemplu, ambele corpuri care interacționează sunt electrificate, unul dintre ele fiind pozitiv și celălalt negativ. Numărul de încărcări (pozitive și negative) rămâne neschimbat.
De aici rezultă că sarcinile nu sunt nici create, nici distruse, ci sunt doar redistribuite între corpuri care interacționează și părți ale aceluiași corp, rămânând neschimbate cantitativ.
Acesta este sensul legii conservării sarcinilor electrice, care poate fi scrisă matematic după cum urmează:
acestea. într-un sistem izolat, suma algebrică a sarcinilor electrice rămâne o valoare constantă.
Un sistem izolat este înțeles ca un sistem prin limitele căruia nu pătrunde nicio altă substanță, cu excepția fotonilor de lumină și a neutronilor, deoarece nu poartă o sarcină.
Trebuie avut în vedere că sarcina electrică totală a unui sistem izolat este relativistic invariantă, deoarece observatorii aflați în orice sistem de coordonate inerțial dat, care măsoară sarcina, obțin aceeași valoare.
O serie de experimente, în special legile electrolizei, experimentul lui Millikan cu o picătură de ulei, au arătat că în natură sarcinile electrice sunt discrete față de sarcina unui electron. Orice sarcină este un multiplu întreg al sarcinii electronului.
În timpul procesului de electrificare, sarcina se modifică discret (cuantizată) în funcție de cantitatea de încărcare a electronului. Cuantificarea sarcinii este o lege universală a naturii.
În electrostatică sunt studiate proprietățile și interacțiunile sarcinilor care sunt staționare în cadrul de referință în care sunt situate.
Prezența unei sarcini electrice în corpuri le face să interacționeze cu alte corpuri încărcate. În acest caz, corpurile încărcate similar se resping, iar corpurile încărcate în mod opus se atrag.
Teoria interacțiunii pe distanță scurtă este una dintre teoriile interacțiunii din fizică. În fizică, interacțiunea este înțeleasă ca orice influență a corpurilor sau a particulelor unul asupra celuilalt, care duce la o schimbare a stării mișcării lor.
În mecanica newtoniană, acțiunea reciprocă a corpurilor unul asupra celuilalt este caracterizată cantitativ de forță. Mai mult caracteristica generala interacțiunea este energie potențială.
Inițial, fizica a stabilit ideea că interacțiunea dintre corpuri poate fi realizată direct prin spațiul gol, care nu ia parte la transmiterea interacțiunii. Transferul interacțiunii are loc instantaneu. Astfel, se credea că mișcarea Pământului ar trebui să conducă imediat la o schimbare a forței gravitaționale care acționează asupra Lunii. Acesta a fost sensul așa-numitei teorii a interacțiunii, numită teoria acțiunii pe distanță lungă. Cu toate acestea, aceste idei au fost abandonate ca fiind neadevărate după descoperirea și studiul câmpului electromagnetic.
S-a dovedit că interacțiunea corpurilor încărcate electric nu este instantanee și mișcarea unei particule încărcate duce la o modificare a forțelor care acționează asupra altor particule, nu în același moment, ci numai după un timp finit.
Fiecare particulă încărcată electric creează un câmp electromagnetic care acționează asupra altor particule, de exemplu. interacțiunea este transmisă printr-un „intermediar” – un câmp electromagnetic. Viteza de propagare a câmpului electromagnetic este egală cu viteza de propagare a luminii în vid. Apărea noua teorie teoria interacțiunii interacțiunii pe distanță scurtă.
Conform acestei teorii, interacțiunea dintre corpuri se realizează prin anumite câmpuri (de exemplu, gravitația printr-un câmp gravitațional) distribuite continuu în spațiu.
După apariția teoriei câmpurilor cuantice, ideea de interacțiuni s-a schimbat semnificativ.
Conform teoriei cuantice, orice câmp nu este continuu, ci are o structură discretă.
Datorită dualității undă-particulă, fiecărui câmp îi corespunde anumite particule. Particulele încărcate emit și absorb continuu fotoni, care formează câmpul electromagnetic din jurul lor. Interacțiunea electromagnetică în teoria câmpului cuantic este rezultatul schimbului de particule cu fotoni (cuante) ai câmpului electromagnetic, adică. fotonii sunt purtători ai unei astfel de interacțiuni. În mod similar, alte tipuri de interacțiuni apar ca urmare a schimbului de particule cu cuante ale câmpurilor corespunzătoare.
În ciuda varietății de influențe ale corpurilor unul asupra celuilalt (în funcție de interacțiunea particulelor elementare care le compun), în natură, conform datelor moderne, există doar patru tipuri de interacțiuni fundamentale: gravitaționale, slabe, electromagnetice și puternice (în ordinea creșterii intensității interacțiunii). Intensitățile interacțiunilor sunt determinate de constantele de cuplare (în special, sarcina electrică pentru interacțiunea electromagnetică este o constantă de cuplare).
Teoria cuantică modernă a interacțiunii electromagnetice descrie perfect toate fenomenele electromagnetice cunoscute.
În anii 60 și 70 ai secolului, a fost construită o teorie unificată a interacțiunilor slabe și electromagnetice (așa-numita interacțiune electroslabă) a leptonilor și quarcilor.
Teoria modernă interacțiunea puternică este cromodinamica cuantică.
Se încearcă combinarea interacțiunilor electroslabe și puternice în așa-numita „Marea Unificare”, precum și pentru a le include într-o singură schemă de interacțiune gravitațională.
