Учебник по физике магнетизма. Учебник по физике кгтукхти. Кафедра физики. Старостина И. А., Кондратьева О. И., Бурдова Е. В. Для перемещения по тексту электронного учебника можно использовать
![]()
|
4.2. Первое уравнение Максвелла. @При рассмотрении неподвижного контура, находящегося в переменном магнитном поле, было установлено, что в нем появляется э.д.с. индукции ![]() С другой стороны, появление э.д.с., по определению, связано с работой сторонних сил неэлектростатического происхождения, и ![]() ![]() Под действием переменного магнитного поля в контуре возникает электрическое поле ![]() ![]() ![]() Воспользуемся выражением для магнитного потока: ![]() Если поверхность S, которую пронзает магнитный поток, и ограничивающий ее электрический контур L неподвижны, то операции интегрирования по поверхности и дифференцирования по времени можно поменять местами. После этого мы получаем ![]() В связи с тем, что вектор В зависит в общем случае как от времени, так и от координат, под знаком интеграла записывается символ частной производной В по времени (тогда как магнитный поток ![]() Поскольку электрическое поле может быть и стационарным (электростатическим), и вихревым, то в общем случае ![]() ![]() ![]() Полученное уравнение - это первое уравнение Максвелла в интегральной форме. Оно показывает, что источником электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и изменяющиеся во времени магнитные поля. Явление возникновения в пространстве вихревого электрического поля под влиянием переменного магнитного было использовано для создания индукционного ускорителя электронов – бетатрона. Бетатроны применяются в промышленности для просвечивания толстых металлических плит, в медицине - для лучевой терапии и в различных научных исследованиях. 4.3. Ток смещения. @Прежде чем приступить к изучению второго уравнения Максвелла, необходимо ознакомиться с понятием тока смещения. Максвелл предположил, что если переменное магнитное поле возбуждает в окружающем его пространстве электрическое, то должно существовать и обратное явление. Всякое изменение электрического поля должно вызывать появление вихревого магнитного поля. Это определяет существование еще одного явления индукции. Только в уравнении, которое его описывает, векторы В и Е должны поменяться местами. Пусть переменное магнитное поле создается переменным током, т.е. током, сила которого изменяется во времени по гармоническому закону: ![]() ![]() ![]() Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую конденсатор С (рис.4.1). Пусть правая пластина конденсатора заряжена положительно, левая – отрицательно. При замыкании цепи конденсатор разряжается через сопротивление R, при этом вокруг проводника создается магнитное поле В. Проведем вокруг провода замкнутый круговой контур L и нарисуем две ограниченных контуром L поверхностей – S и S’ (см. рис.4.1). Поверхность S пересекает проводник с током, а S’ – не пересекает. Очевидно, что через поверхность S’, которая, как и S, проведена через контур L (и имеет с ней равные права!) тока не течет. Через поверхность S протекает ток ![]() ![]() Найдем количественное соотношение для “новой индукции”, т.е. связь между переменным электрическим полеми вызываемым им магнитным полем. Если σ – поверхностная плотность зарядов на обкладке конденсатора, то заряд на ней ![]() ![]() Здесь мы поменяли местами операции интегрирования по поверхности и дифференцирования по времени, поскольку поверхность S неподвижна. Ранее было получено для конденсатора σ = D, где D – электрическое смещение в конденсаторе. Поэтому мы можем записать в векторной форме: ![]() Сила тока, текущего через поверхность S связана с плотностью силы тока j следующим образом: ![]() Из сравнения двух последних соотношений следует ![]() ![]() ![]() Плотность тока смещения в данной точке пространства равна скорости изменения вектора электрического смещения в этой точке. Ток смещения сквозь произвольную поверхность S: ![]() Каково же направление векторов ![]() ![]() ![]() Рис.4.3. Определение направления тока смещения: а – конденсатор заряжается; б – конденсатор разряжается На рис. 4.3 а ток изображен текущим от правой обкладки конденсатора к левой. Если конденсатор заряжается, следовательно, поле между обкладками усиливается, величина электрического смещения увеличивается. Последнее означает, что ![]() ![]() ![]() При разрядке конденсатора (рис.4.3 б) ток начинает течь в противоположную сторону, и поле в конденсаторе ослабляется. Направление векторов ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Ток смещения, таким образом, появляется там, где есть изменяющееся во времени электрическое поле. Поэтому он существует не только в вакууме и в диэлектриках, но и внутри проводников, по которым проходит переменный электрический ток. Однако в таких случаях он пренебрежимо мал по сравнению с током проводимости. |