Электромагнитные колебания и волны.

Уравнения Максвелла как обобщение экспериментальных законов электромагнетизма. Взаимосвязь электрического и магнитного полей. Электромагнитное поле. Ток смещения. Электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитных возмущений.

В 1938 г. сотрудники библиотеки Лондонского королевского общества, разбирая архив Фарадея, обнаружили пожелтевший запечатанный конверт, датированный 1832 г., с надписью: «Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в архивах Королевского общества». В конверте было послание Фарадея к далеким потомкам. В нем он сообщал о своей уверенности в существовании электромагнитных волн и сожалел, что современники не разделяют его взглядов. Фарадей писал: «Я пришел к заключению, что на распространение магнитного воздействия требуется время, которое, очевидно, кажется весьма незначительным. Я полагаю также, что электрическая индукция распространяется таким же образом. Я полагаю, что распространение магнитных сил от магнитного полюса похоже на колебания взволнованной водной поверхности… По аналогии я считаю возможным применить теорию колебаний к распространению электрической индукции».

Максвелл был первый, кто понял глубину мысли Фарадея

Из закона Фарадея следует, что любое изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции приводит к возникновению электродвижущей силы индукции и вследствие этого появляется индукционный ток. Т.о. возникновение э.д.с. электромагнитной индукции возможно и в неподвижном контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Но э.д.с. в любой цепи возникает только тогда, когда в ней на носители тока действуют сторонние силы – силы неэлектростатического происхождения – встает вопрос о природе сторонних сил в данном случае. Поскольку магнитные силы на покоящиеся заряды не действуют, оставалась единственная возможность: индукционный ток обусловлен возникающим в контуре электрическим полем . Но в соответствии с основной теоремой электростатики работа электростатического поля при переносе единичного заряда по любой замкнутой траектории равно нулю. Следовательно, в контуре возбуждается не электростатическое (потенциальное) поле, а вихревое, и его работа равна э.д.с.

Предположение Максвелла: всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре, причем контур, в котором появляется э.д.с., играет второстепенную роль, являясь своего рода «прибором», обнаруживающим это поле.

Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле , циркуляция которого , где проекция вектора на направление . Т.к. , то . Если поверхность и контур неподвижны, то операции дифференцирования и интегрирования можно поменять местами, т.е. - закон Фарадея в обобщенной форме, где символ частной производной подчеркивает тот факт, что интеграл является функцией только от времени.

Циркуляция вектора напряженности вдоль любого замкнутого контура равна нулю: . Т.о., т.к. циркуляция , то электрическое поле , возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым.