2.8 Основи теорії електромагнітного поля Максвела. Інтегральна форма рівнянь Максвела та їх фізичний зміст. Струм зміщення

В першій частині курсу були розглянуті такі закони:

теорема Остроградського-Гауса (див. Ч1, вираз (7.14)

(2.24)

закон повного струму (див. Ч1, вираз (9.23)

(2.25)

закон електромагнітної індукції (див. Ч1, вираз (9.33)

(2.26)

В 60-х роках ХІХ століття англійський фізик Д.К.Максвел (1831-1871) узагальнив ці експериментальні закони і розробив теорію електромагнітного поля, яке створюється довільною системою зарядів і струмів.

Розглянемо основні положення цієї теорії.

1)      Максвел узагальнив закон електромагнітної індукції, сформулювавши його так: змінне з часом магнітне поле породжує у просторі вихрове електричне поле незалежно від наявності в ньому електропровідного контуру. Контур же дає можливість виявити це електричне поле по виникаючому в ньому електричному струму.  Електрорушійна сила зв’язана з напруженістю електричного поля співвідношенням (див. Ч1, розділ 7.5)

(2.27)

а магнітний потік (див. Ч1, розділ 9.8)

(2.28)

Підстановка (2.27), (2.28) в (2.26) дає перше рівняння Максвела в інтегральній формі, яке відображає узагальнений закон електромагнітної індукції

(2.28)

Циркуляція вектора напруженості електричного поля по довільному замкнутому контуру дорівнює взятій з протилежним знаком швидкості зміни магнітного потоку через площу, обмежену цим контуром.

2). Максвел узагальнив закон повного струму, ввівши поняття струму зміщення. Із експериментів відомо, що через конденсатор постійний струм не протікає, так як неможливе перенесення зарядів із пластини на пластину. Але конденсатор пропускає змінний струм. Перенесення зарядів має місце у всьому колі, крім зазору між пластинами конденсатора. Тут існує змінне електричне поле. Записуємо теорему Остроградського–Гауса (2.24) для однієї із пластин (рис.2.10) і беремо похідну за часом.

(2.29)

Одержали струм зміщення. Струм через його густину знаходиться за виразом (Ч.1 формула (8.5)

У виразі (2.29) поміняємо порядок операцій інтегрування по координатам і взяття похідної за часом

Таким чином, густина струму зміщення дорівнює швидкості зміни вектора електростатичної індукції

(2.30)

Струм зміщення, як і струм провідності створює магнітне поле (див. розділ 9.1, дослід Ейхенвальда).

Таким чином, розширивши поняття струму, Максвел в законі повного струму в правій частині рівняння (2.25) врахував і струм зміщення. Це друге рівняння Максвела в інтегральній формі, яке відображає закон повного струму

(2.31)

Повна система рівнянь Максвела окрім рівнянь (2.28) і (2.31) включає терему Гауса для електричного (2.24) і магнітного (Ч.1,(9.26) полів, закон Ома (Ч.1,(8.8), зв’язок між напруженостями та індукціями електричного і магнітного полів,

 

 

 

 

(2.32)

 

You must be logged in to post a comment.

Фізика