Elektromagnētiskais lauks
Īpaša matērijas forma, viens no fizikālā lauka veidiem, ar kuras starpniecību mijiedarbojas elektriskie lādiņi. Raksturojas ar fizikālo parādību kopumu, kurā izpaužas vielas elektrisko un magnētisko īpašību ciešais sakars.
Elektriskais un magnētiskais lauki kopējā laukā. Elektriskā strāva vienmēr saistīta ar magnētisko lauku. Elektrisko lādiņu mijiedarbība notiek ar elektromagnētiskā lauka starpniecību. Elektriskais un magnētiskais lauki neeksistē atsevišķi un neatkarīgi viens no otra, bet gan veido vienotu eklektromagnētisko lauku, jo viena lauka maiņas izraisa otra lauka rašanos un otrādi.
Elektromagnētisko lauku raksturojošo vektoru komponentes saskaņā ar relativitātes teoriju veido vienotu fizikālu lielumu - elektromagnētiskā lauka tenzoru, kura komponentes, pārejot no vienas inerciālas atskaites sistēmas uz otru, mainās saskaņā ar Lorenca transformācijām.
Elektromagnētiska lauka fizikāls raksturojums. Elektromagnētisko lauku vakuumā raksturo elektriskā lauka intensitāte (E) un magnētiskā indukcija (B). Zinot E un B, var noteikt spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz elektrisko lādiņu. No enerģētiskā viedokļa lauku raksturo ar skalāro potenciālu (fī) un vektorpotenciālu (A). Elektromagnētiskajam laukam piemīt masa un elektromagnētiskā lauka impulss. Vidē lauka raksturošanai papildus izmanto vēl arī elektriskā lauka indukciju (D) un magnētiskā lauka intensitāti (H).
Vielas daļiņu radītos mikroskopiskos elektromagnētiskos laukus raksturo mikrolauka intensitāte (Em) un (Hm) - šie lielumi no punkta uz punktu strauji mainās un tos nevar makroskopiski mērīt. Arī teorētiski noteikt Em un Hm katrā punktā un katra laika momentā nav iespējams, jo visu elementārdaļiņu izvietojums un kustība precīzi nav zināma. Reālos eksperimentos elektromagnētiskā lauka iedarbību nosaka mikrolauka vidējās vērtības Em (augšsvītra) un Hm (augšsvītra) fizikāli mazā tilpumā, kuras ar makroskopiskajiem raksturlielumiem saistītas šādi:
E = Em un B = mi0Hm, kur mi0 ir magnētiskā konstante.
Vēsture. 1600.gadā angļu fiziķis V.Gilberts pirmais sniedza cilvēkiem jau izsenis zināmo elektrisko parādību klasifikāciju un aprakstu, viņš tolaik uzskatīja, ka elektriskās un magnētiskās parādības nav savstarpēji saistītas.
Lai gan angļu fiziķis Dž.Faradejs jau bija ieviesis jēdzienus "elektriskais lauks" un "magnētiskais lauks," tomēr fiziķiem vēl nebija izpratnes par šo parādību nesaraujamo saistību.
Dāņu zinātnieks H.K.Ersteds 1820.gadā atklāja elektriskās strāvas magnētisko iedarbību, kas liecināja, ka elektriskās un magnētiskās parādības ir savstarpēji saistītas. Šim atklājumam bija liela nozīme tālākā elektromagnētisko parādību izpratnē.
Žans Batista Bio ar F.Savāru 1820.gadā atklāja likumu, kas nosaka elektriskās strāvas radītā magnētiskā lauka intensitāti - Bio-Savāra likums.
XIX gs. 70.gados Dž.K.Maksvels (Anglija) izstrādāja elektromagnētiskā lauka teoriju, no kuras izrietēja secinājums, ka eksistē brīvi, ar lādiņiem nesaistīti elektromagnētiskie viļņi, kas izplatās ar gaismas ātrumu.
Elektromagnētiskā lauka avots ir elektriskie lādiņi. mainoties lādētās daļīņas stāvoklim, main;as arī elektromagnētiskais lauks. Ja daļiņas atrodas miera stāvoklī vai vienmērīgā kustībā, tad elektromagnētiskais lauks ir saistīts ar daļiņām. Daļiņām parvietojoties paātrināti, to elektromagnētiskais lauks "atraujas" no daļiņām un eksistē no tām neatkarīgi elektromagnētisko viļņu veidā.
Elektromagnētiskā lauka īpašības aplūko klasiskā elektrodinamika. Augstu frekvenču gadījumā noteicošās kļūst elekttromagnētiskā lauka kvantu īpašības un lauka aprakstam jāizmanto kvantu elektrodinamika.
Elektromagnētiskā lauka enerģija. Enerģija, kas lokalizēta elektromagnētiskajā laukā un kuru mainīga lauka gadījumā pārnes elektromagnētiskie viļņi. Šī enerģija (W), kas lokalizēta tilpumā V, ir W = 1/2 summa summa summav (ED +BH)dV, kur E un H ir elektriskā un magnētiskā lauka intensitātes, D - elektriskā indukcija, B - magnētiskā indukcija.
Enerģijas pārneses virzienu norāda elektromagnētiskā lauka enerģijas plūsmas blīvuma vektors jeb Pointinga vektors P: P=ExH; šā vektora līnijas grafiski interpretē kā ceļu, pa kuru notiek elektromagnētiskā lauka enerģijas pārnese. Brīvi izraudzītam nekustīgas vides tilpuma elementam visas iekšējās enerģijas W0 maiņa laika vienībā ir vienāda ar Pointinga vektora plūsmu caur noslēgtu virsmu S, kas ierobežo šo elementu:
- beta W/beta t =sPdS; mīnusa zīme norāda, ka iekšējā enerģija samazinās, ja elektromagnētiskā lauka enerģija izplūst apkārtējā telpā caur virsmu S.
Tehnika. Pielikta bilde 25.12.2022., 2.lpp. 10.vieta.
Saites.
Matērija.
