Электричество и Магнетизм. Основные понятия и формулы

Введение тока смещения позволило устранить противоречие в формуле Ампера для циркуляции магнитного поля, которая после добавления туда тока смещения стала непротиворечивой и составила последнее уравнение, позволившее корректно замкнуть систему уравнений (классической) электродинамики.

Строго говоря, ток смещения не является электрическим током, но измеряется в тех же единицах, что и электрический ток.

Закон Ампера -- Максвелла (синоним: обобщенная теорема Ампера о циркуляции) -- закон электромагнетизма, исторически завершивший создание замкнутой и непротиворечивой классической электродинамики.

Открыт Максвеллом, обобщившим теорему Ампера о циркуляции магнитного поля на общий случай, включающий переменные несоленоидальные (незамкнутые) токи и меняющиеся во времени поля.

Формулировка этого закона составляет четвёртое уравнение Максвелла:

Вектор Пойнтинга (также вектор Умова -- Пойнтинга) -- вектор плотности потока энергии электромагнитного поля, одна из компонент тензора энергии-импульса электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга Sможно определить через векторное произведение двух векторов:

(в системе СГС),

(в СИ),

где E и H -- векторы напряжённости электрического и магнитного полей соответственно.

Теория относительности указывает, как надо рассматривать физические явления в любой инерциальной системе отсчета. СТО исходит из полного равноправия всех инерциальных систем. Это означает, что основные уравнения, описывающие физические явления в природе, должны быть одинаковыми во всех инерциальных системах; конечно, для каждой системы отсчета они записываются в соответствующих переменных, т. е. для масштабов и часов данной системы отсчета.

Основная система уравнений, описывающих электромагнитные явления, -- это система уравнений Максвелла. Замечательно, что система уравнений Максвелла, сформулировапная за пятьдесят лет до появления специальной теории относительности, оказалась ковариантной по отношению к преобразованиям Лорепца, т. е. с точностью до обозначений переменных сохраняла свой вид, если к ней применялись преобразования Лоренца. Это и означает, что система уравнений Максвелла сохраняет свой вид в любой инерциальной системе отсчета, а нрницип относительности выполняется автоматически.

Таким образом, уравнения электродинамики с точки зрения СТО менять не нужно, и могло бы показаться, что теория относительности ничего существенного в электродинамику внести не может. Однако это совсем не так.

Прежде всего, до создания теории относительности было неясно, в каких системах отсчета справедлива система уравнений Максвелла. Из теории относительности сразу же следовало, что эта система уравнений годится для любой инерциальной системы отсчета. Далее, естественно было переписать систему уравнений Максвелла в четырехмерной форме. Такая запись позволяет установить формулы преобразования основных величин, входящих в теорию, при переходе от одной ИСО к другой. При переходе к четырехмерной записи мы обнаружим также неразрывное единство зарядов и токов, электрических и магнитных моментов, электрического и магнитного полей. Обнаружится связь и некоторых других физических величин. Такая тесная связь между определенными физическими величинами оставалась в тени до появления релятивистского подхода к электромагнитным явлениям.

Что касается преобразования компонент электрического и магнитного полей при переходе от одной инерциальной системы к другой, то это преобразование последовательно может быть проведено лишь в рамках теории относительности. Только теория относительности показывает, что для описания электромагнитного поля необходимо использовать четырехмерный антисимметричный тензор.

Напряжённость магнимтного помля (стандартное обозначение Н) -- векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M.

В Международной системе единиц (СИ):

где -- магнитная постоянная.

Диамагнетизм (от греч. dia… -- расхождение (силовых линий), и магнетизм) -- один из видов магнетизма, который проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля.

Диамагнетизм свойствен всем веществам. Диамагнетизм можно рассматривать как следствие индукционных токов, наводимых в заполненных электронных оболочках ионов внешним магнитным полем. Эти токи создают в каждом атоме индуцированный магнитный момент, направленный, согласно правилу Ленца, навстречу внешнему полю (независимо от того, имелся ли первоначально собственный момент или нет и как он был ориентирован). Диамагнетизм, однако, невозможно описать с позиции только классической физики, это предельно квантовомеханическое явление.^[1] Идеальный диамагнетизм носит некооперативный характер и характеризуется отрицательной, не зависящей от температуры магнитной восприимчивостью. Диамагнетизм входит в состав любого магнитного состояния вещества, но он обычно пренебрежимо мал по сравнению с магнетизмом, обусловленным наличием спонтанных магнитных моментов в системе. У чисто диамагнитных веществ электронные оболочки (молекул) не обладают постоянным моментом. Моменты, создаваемые отдельными электронами в таких в отсутствие внешнего поля взаимно скомпенсированы. В частности, это имеет место в ионах и молекулах с целиком заполненными электронными оболочками, например, в инертных газах, в молекулах.

Примерами чисто диамагнитных твёрдых тел (диамагнетиков) в классе кристаллических металлов и диэлектриков могут служить, соответственно, Cu и NaCl, а в классе аморфных твёрдых тел -- SiO₂

Ферромагнетизм (англ. ferromagnetism) -- появление спонтанной намагниченности при температуре ниже температуры Кюри^[1] вследствие упорядочения магнитных моментов, при котором большая их часть параллельна друг другу. Вещества, в которых возникает ферромагнитное упорядочение магнитных моментов, называются ферромагнетиками

Парамагнетики -- вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J^^H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы .

Термин «Парамагнетизм» ввёл в 1845 году Майкл Фарадей, который разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диа- и парамагнитные.

Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.

К парамагнетикам относятся алюминий (Al), платина (Pt), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород (О₂), оксид азота (NO), оксид марганца(MnO), хлорное железо (FeCl₃) и др.

Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).

Размещено на Allbest.ru