Введение. Электродинамика - это наука о физических законах, связанных со свойствами и поведением одного из особых видов материи - электромагнитного поля

Электродинамика - это наука о физических законах, связанных со свойствами и поведением одного из особых видов материи - электромагнитного поля.

Она изучает характер взаимодействия электростатических и магнитостатических полей с зарядами и токами, особенности поведения переменных электромагнитных полей и их взаимодействия, принципы излучения этих полей и распространения в различных средах. Этими средами могут быть специальные линии передачи полей: длинные линии, коаксиальные кабели, волноводы, микрополосковые линии, замедляющие системы и др. Этими средами, например, являются атмосфера Земли и атмосферы других планет. В частном случае - это свободное пространство. Различным является характер распространения радиоволн в тропосфере Земли, в ее ионосфере, в приземных слоях и приводных слоях атмосферы, в околоземном пространстве, в околосолнечном пространстве и др. Значительный интерес, особенно для решения задач радиолокации, имеют исследования свойств полей, отраженных от земной поверхности, от взволнованной поверхности моря, от различных растительных покровов.

В отличие от механики, включающей статику (изучающую характер распределения сил в телах, находящихся неподвижно в равновесии), кинематику (изучающую особенности движения тел по различным траекториям с описанием поведения их скоростей, ускорений и производных более высоких порядков без привлечения понятий сил, масс и инерции движения) и динамику (изучающую характер движения с учетом влияния различных сил), электродинамика охватывает весь круг вопросов, связанных с описанием постоянных как (статических) электрических и магнитных полей (электростатика и магнитостатика), так и с описанием переменных полей как без учета влияния внешних сил, так и с учетом влияния токов и электрически заряженных тел.

Следует отметить, что при описании физических полей пользуются их представлениями в виде математических функций и различных уравнений. В этом случае функции многих переменных как математические выражения, также часто называют полями.

Так функцией трех пространственных переменных и времени t

можно описать поле скоростей ветра в атмосфере, представляющее зависимость величины и направления скорости ветра в каждый момент времени t в различных точках пространства с координатами .

Аналогичной скалярной функцией можно описать поле температур .

Напряженности переменных электрического и магнитного полей описываются соответствующими функциями и . Постоянные электрические и магнитные поля описываются функциями и , не зависящими от времени.

В дальнейшем стрелками (например, ) будем обозначать векторные величины, а двойными вертикальными чертами – векторные и матричные ().

Заметим также, что как физическая субстанция электромагнитное поле является единым, а напряженности и являются лишь его проявлениями, наблюдаемыми при воздействии поля на различные другие физические объекты.

Электромагнитное поле как вид материи является очень сложным объектом для понимания его внутренней физической сущности. На сегодня некоторые весьма приближенные ответы, касающиеся внутреннего строения этого вида материи дают квантовая механика и квантовая электродинамика.

Материал, излагаемый ниже, в основном является содержанием макроскопической электродинамики, основные законы которой базируются на понятиях, введенных путем анализа сил взаимодействия тех проявлений электромагнитного поля, которые приводят в измерительных приборах к движению электрических зарядов и изменению их токов.

В связи с появлением лазеров и когерентных оптических систем возникает необходимость изучения и элементов микроскопической электродинамики, учитывающей квантовомеханическую природу строения вещества и поля.

Математическое описание полей обычно задают в виде скалярных или векторных функций многих переменных, в частности, в виде функций трех пространственных координат.

Скалярное поле описывается функцией

.

Векторное поле-функцией

.

Перечислим основные разделы электродинамики, подлежащие изучению.

1. Электростатика. Изучает свойства и соответствующие законы взаимодействия зарядов и создаваемых ими постоянных электрических полей.

2. Магнитостатика. Изучает свойства постоянных магнитных полей и законы их взаимодействия с постоянными токами.

3. Основы теории переменных электромагнитных полей и их распространения.

4. Законы и принципы излучения переменных электромагнитных полей.

5. Основы теории передачи энергии электромагнитных полей по направляющим средам: волноводам, микрополосковым линиям, замедляющим структурам и др.

6. Распространение радиоволн в атмосфере, включая ионосферу и влияние земной поверхности.

7. Распространение радиоволн в околоземном и космическом пространстве.

8. Распространение радиоволн в плазме.

9. Распространение радиоволн в гиротропных средах.

10. Особенности квантовой теории поля (электродинамики).

Список литературы

1. Л.Д. Гольдштейн., Н.В. Зернов. Электромагнитные поля и волны. М.: Сов. Радио, 1971-662с.

2. Л.Д. Гольдштейн., Н.В. Зернов. Электромагнитные поля и волны.- М.: Сов. Радио, 1956-640с.

3. Л.А. Ванштейн. Электромагнитные волны. - М.: Радио и связь, 1988.-440с.

4. Н.Н. Федоров. Основы электродинамики. М.: Высшая школа, 1980.

5. О.И. Фальковский. Техническая электродинамика. -М.: Связь,1978.

6. Н.П. Красюк., Н.Д. Дымович. Электродинамика и распространение радиоволн.-М.: 1974.

7. В.В. Никольский. Электродинамика и распространение радиоволн.-М.: Наука, 1973.-607с.

8. С.И. Баскаков. Основы электродинамики.- М.: Сов. Радио, 1973.-248с.

9. Н.А. Семенов. Техническая электродинамика. -М.: Связь,1973.-480с.

10. Г.Т. Марков, Б.М. Петров, Г.П. Грудинская. Электродинамика и распространение радиоволн.-М.: Сов. Радио, 1979.-376с.

11. Г.П. Грудинская. Распространение радиоволн. -М.: Высшая школа, 1975, -280с.

12. М.П. Долуханов. Распространение радиоволн. -М.:Связь, 1972.-336с.

13. Ф.Б. Черный. Распространение радиоволн. -М.: Сов. Радио, 1972.

14. Ф.Б. Черный. Распространение радиоволн. -М.: Сов. Радио, 1962.-480с.

Поиск по сайту: