Електромагнітне поле

Електромагнітне поле характеризується векторними величинами напруженістю електричного поля ${\displaystyle \mathbf {E} }$, вектором електричної індукції ${\displaystyle \mathbf {D} }$, вектором магнітної індукції ${\displaystyle \mathbf {B} }$ й напруженістю магнітного поля ${\displaystyle \mathbf {H} }$.

У вакуумі [2]

${\displaystyle \mathbf {D} =\mathbf {E} }$,

${\displaystyle \mathbf {B} =\mathbf {H} }$.

У середовищі ці співвідношення несправедливі через процеси поляризації та намагнічування. В загальному випадку

${\displaystyle \mathbf {D} =\mathbf {E} +4\pi \mathbf {P} }$,

${\displaystyle \mathbf {B} =\mathbf {H} +4\pi \mathbf {I} }$,

де ${\displaystyle \mathbf {P} }$ — вектор поляризації, а ${\displaystyle \mathbf {I} }$ — вектор намагніченості.

Конкретний зв'язок між цими величинами визначається фізичними процесами, які відбувається в середовищі й описується формулами, які називаються матеріальними співвідношеннями.

Наприклад для однорідних ізотропних середовищ при слабких полях і без врахування запізнення й просторової дисперсії матеріальні співвідношення записуються:

${\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon \mathbf {E} }$,

${\displaystyle \mathbf {B} =\mu \mathbf {H} }$,

де ε — діелектрична проникність середовища, μ — магнітна проникність середовища.

У теорії відносності електромагнітне поле описується 4-тензором електромагнітного поля.

Електромагнітне поле створюється зарядами. Непорушні заряди створюють електричне поле, рухомі заряди — електричне й магнітне поле.

Необхідно зауважити, що магнітне поле постійних магнітів створюється узгодженим рухом електронів у атомах, тобто мікроскопічними електричними струмами.

Електромагнітне поле, яке породжується зарядами й струмами, діє на заряди й струми в фізичних тілах.

Сила, з якою електромагнітне поле діє на заряджену частку називається силою Лоренца.

Електромагнітне поле взаємодіє також через свою магнітну складову зі спінами часток.

Електромагнітне поле може виконувати роботу з переміщення зарядів й обертання магнітних моментів, а отже має потенціальну енергію. Енергія електромагнітного поля W визначається формулою

${\displaystyle W={\frac {1}{8\pi }}\int (\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} +\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} )dV}$,

де інтегрування проводиться по всьому простору.

Зміна енергії електромагнітного поля з часом підпорядковується рівнянню неперервності

${\displaystyle {\frac {dW}{dt}}+{\text{div}}\,\mathbf {S} =0}$,

де ${\displaystyle \mathbf {S} }$ — вектор Пойнтінга, що описує потік електромагнітного поля.

Електромагнітне поле створене зарядами розповсюджується в просторі у вигляді електромагнітних хвиль.

Таким чином взаємодія заряджених тіл не є миттєвою. Зміна положення одного заряду викликає зміну сили, з якою він діє на інший заряд, лише через проміжок часу, потрібний для того, щоб електромагнітна хвиля подолала віддаль між зарядами. Електромагнітні хвилі розповсюджуються зі швидкістю світла.

Носіями електромагнітного поля є фотони — елементарні частки із нульовою масою спокою.

Електромагнітні хвилі випромінюються й поглинаються квантами із енергією ${\displaystyle \hbar \omega }$.

• Інваріанти електромагнітного поля
• Апарат з вихровим шаром феромагнітних елементів

• Сугаков В. Й. Електродинаміка. — К. : Вища школа, 1974. — 271 с.
• Федорченко А. М. Класична механіка і електродинаміка // Теоретична фізика. — К. : Вища школа, 1992. — Т. 1. — 535 с.
• Сивухин Д. В. Электричество // Общий курс физики. — М. : Физматлит, 2006. — Т. 3. — 656 с.
• Тамм И. Е. Основы теории электричества. — М. : Наука, 1989. — 500 с.