Электромагнитное поле и его статические составляющие
Электромагнитное поле (ЭМП)— особая форма материи. Посредством электромагнитного поля осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. ЭМП характеризуется напряженностями (или индукциями) электрических и магнитных полей. ЭМП способно непрерывно распространяться в пространстве (волны), хотя обнаруживает и дискретность структуры (фотоны). Вне сильных гравитационных полей скорость распространения ЭМП близка к скорости света (с = 3·108 м/с). Оно оказывает силовое воздействие на заряженные частицы, зависящие от их скорости.
Электрическое поле — частная форма проявления ЭМП; создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряженностью электрического поля. Выявляется оно по силовому воздействию на неподвижные относительно него заряженные тела и частицы.
Электрический заряд — величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. Носителями наименьших зарядов являются элементарные частицы (электрон — отрицательного, протон, позитрон — положительного). Количественно заряд определяют по силовому взаимодействию тел, обладающих зарядами, т. е. по закону Кулона.
Магнитное поле — одна из форм электромагнитного поля. Создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др.). Магнитное поле выявляется по силовому воздействию на движущиеся относительно него заряженные частицы (токи). Магнитное поле направлено нормально к траектории частиц и пропорционально их скорости (сила Лоренца).
Теоретическая основа для анализа и расчета магнитных полей— теории поля и потенциалов. В [1] приведены формулы, выражающие важнейшие законы магнетизма и связывающие основные параметры магнитного поля в системах СИ и СГСМ, а также обозначения основных величин и их размерности.
Все электромагнитные процессы в машинах и аппаратах для магнитного обогащения могут быть описаны системой уравнений Максвелла.
Уравнения электромагнитного поля представлены в табл. 3.1.
Таблица 3.1.
Уравнения электромагнитного поля
В дифференциальной форме
| В интегральной форме
| Физический смысл уравнений
|
где —удельная электропроводность
|
где N — поток электрической индукции,
| Закон полного тока. Переменное электрическое поле, т. е. токи смещения электрического поля, наряду с токами проводимости, образуют вихревое магнитное поле и являются его вихрями. Закон изменения электрического поля во времени определяет закон распространения магнитного поля в пространстве
|
|
где Ф — поток магнитной индукции
| Обобщенный закон электромагнитной индукции. Переменное магнитное поле образует вихревое электрическое, вихрями которого является скорость изменения потока магнитной индукции, взятая с обратным знаком. Закон изменения магнитного поля во времени определяет закон распределения электрического поля в пространстве.
|
|
| Закон Гаусса.
Электрическое поле может иметь истоки, которыми являются электрические заряды
|
|
| Магнитное поле не имеет истоков. В природе пока не обнаружены свободные магнитные заряды (массы)
|
Электромагнитное поле как объективно существующая во времени и пространстве форма материи является единой совокупностью взаимосвязанных электрического и магнитного полей. Любое изменение одного из этих полей во времени и пространстве вызывает соответствующее изменение второго. Статические электрические и магнитные поля можно рассматривать как частный (предельный) случай электромагнитного поля, которое изменяется во времени настолько медленно, что с одной из характеристик его можно не считаться. В этом случае можно принять, что единая система уравнений электромагнитного поля распадается на две независимые системы уравнений:
электрического поля при
(плотность электрических зарядов);
магнитного поля при
Коэффициенты ε, μ, а также ρ и σ в рассмотренных уравнениях учитывают условия распространения электромагнитного поля в среде в сравнении с условиями в вакууме:
где ε и μ — соответственно относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости материальных сред; ε0 и μ0 — соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости вакуума; σ — удельная электропроводность.
Величины ε и μ показывают, насколько поле усиливается или ослабляется при переходе из вакуума в материальную среду (газ, жидкость, твердое тело или плазма).
В системе СИ ε0 = 8,85·10-2 Ф/м, а μ0 =4π·10-7 Гн/м. В системе Гаусса (СГСМ и СГСЕ) ε0 = μ0 =1, поэтому их часто опускают. Безразмерность μ в этой системе говорит об одинаковой: размерности Н и В, различные их названия (эрстед и гаусс) введены для того, чтобы разграничить поле в вакууме и веществе.
Само наличие в формулах компенсирующих различия μ коэффициентов типа 4π/с; 1/с и 4π говорит о том, что они записаны в системе Гаусса. Система СГСЕ еще часто применяется в исследовательских работах.
При переходе силовых линий электромагнитного поля из одной среды в другую тангенсы углов падения на поверхности раздела этих фаз относятся как проницаемости этих сред, например:
В случае перехода силовой линии (линии тока) из металла (μ2 ≈ ∞) в воздух (μ1 ≈ 1) α1 →0, т.е. силовая линия перпендикулярна к поверхности полюса.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|