Електромагнітне поле

Електромагнітне поле є формою матерії, через яку здійснюється взаємодія між електричнозарядженими частинками. Поняття поля (електричного та магнітного) ввів М. Фарадей у 1830 р. Згідно з уявленнями Дж. Максвела заряджені частинки або струми створюють в усіх точках оточуючого їх простору особливий стан — поле, яке діє на всяку іншу заряджену частинку або струм, вміщені в довільну точку цього простору. Отже, поле заряджених електричних частинок або струмів зосереджене в усіх точках простору, що їх оточує. У кожній такій точці електро­магнітне поле характеризується енергією, імпульсом тощо.

Електромагнітне поле може існувати і вільно, незалежно від дже­рел, які його створили, у вигляді електромагнітних хвиль. У 1865 р. Дж. Максвел теоретично показав, що електромагнітні коливання за своєю внутрішньою природою мають властивість поширюватись у просторі зі швидкістю світла. Цей теоретичний висновок було підтверджено у 1888 р. дослідами німецького фізика Г. Герца, що відіграло вирішальну роль в утвердженні єдиної природи електрич­них, магнітних і світлових явищ.

Електромагнітне поле у вакуумі характеризується векторами на­пруженості електричного поля й індукції магнітного поля . Цими векторами визначаються сили, які діють з боку електромагнітного поля на рухомі й нерухомі електричнозаряджені частинки. У середо­вищі електромагнітне поле характеризують двома додатковими пара­метрами: вектором індукції (зміщення) електричного поля D і векто­ром напруженості магнітного поля Н.

Електромагнітне поле в будь-якому середовищі описується в макро­скопічній електродинаміці системою рівнянь Максвела, які дають можливість визначити силові характеристики поля і залежно від розподілу зарядів і струмів. Вихрове електричне поле збуджується змінним магнітним полем, а вихрове магнітне поле — змінним у часі електричним полем. Якщо в певній точці простору виникає змінне електричне поле, то в сусідніх точках виникає змінне магнітне поле, яке. у свою чергу, зумовлює появу в сусідніх точках змінного елек­тричного поля і т. д. Періодичні зміни електричного і магнітного полів становлять електромагнітне поле як форму матерії, через яку здійснюється електромагнітна взаємодія між матеріальними електричнозарядженими частинками. Оскільки до складу речовинного матеріального світу входять позитивні і негативні електричні заряди як структурні елементи атомів, то й електромагнітна взаємодія як між окремими електричними зарядами, так і їхніми сукупностями (рухомими або нерухомими) є невід'ємною властивістю матерії і, от­же, фундаментальною взаємодією поряд із сильною, слабкою та гравітаційною взаємодіями, які проявляються в природі. Електро­магнітна взаємодія є далеко діючою і може спричиняти як притяган­ня, так і відштовхування між зарядженими тілами або струмами. До електромагнітної взаємодії зводиться більшість макроскопічних явищ: сили пружності, тертя, поверхневий натяг. Електромагнітною взаємодією визначаються агрегатний стан речовини, хімічні перетво­рення, електричні, магнітні й оптичні явища, іонізація, різноманітні атомні процеси тощо.

Явища, які визначаються порівняно слабкими і повільно змінни­ми електромагнітними полями, описуються законами класичної електродинаміки за допомогою системи рівнянь Максвела. Для сильних і швидкозмінних полів визначальними є квантові ефекти, що описуються законами квантової електродинаміки.