Էլեկտրամագնիսական դաշտ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Էլեկտրամագնիսական դաշտ, մատերիայի ձև է, իրականացնում է լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցությունը: Էլեկտրամագնիսական դաշտի աղբյուրը դադարի կամ շարժման վիճակում գտնվող էլեկտրական լիցքերն են: Անշարժ լիցքերի շուրջը գոյություն ունի ստատիկ էլեկտրական դաշտ, հավասարաչափ-ուղղագիծ շարժման դեպքում լրացուցիչ առաջանում է ստատիկ մագնիսական դաշտ, իսկ արագացումով շարժվելիս ստեղծվում է փոփոխական էլեկտրամագնիսական դաշտ, որի մի մասն անջատվում է լիցքերից և ճառագայթվում տարածության մեջ էլեկտրամագնիսական ալիքների ձևով:

Բնութագրերը[խմբագրել]

Լարվածություններ[խմբագրել]

Էլեկտրամագնիսական դաշտը բնութագրվում է էլեկտրական դաշտի լարվածության \vec E և մագնիսական դաշտի լարվածության \vec H վեկտորներով, որոնց մեծությունն ու ուղղությունը, ընդհանուր առմամբ, տարածության տարբեր կետերում տարբեր է, ընդ որում՝ փոփոխական մագնիսական դաշտը սկզբնավորում է փոփոխական էլերկտրական դաշտ (էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթ)և հակառակը: Էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը կարելի է առանձին-առանձին դիտարկել միայն դանդաղ փոփոխվող էլեկտրամագնիսական դաշտի դեպքում, երբ դրանց փոխադարձ կապը էական չէ: Պետք է նկատի ունենալ, սակայն, որ էլեկտրամագնիսական դաշտի բաժանումը երկու դաշտերի պայմանական է:

Պոտենցիալներ[խմբագրել]

\vec E և \vec H կարելի է արտահայտել օժանդակ φ և \vec A մեծությունների՝ պոտենցիալների օգնությամբ: Տրված \vec E և \vec H դաշտերի համար φ և \vec A պոտենցիալների ընդհանրությունը միարժեք չէ: Այդ հանգամանքը թույլ է տալիս φ և \vec A ընտրել տվյալ խնդրի պահանջներին համապատասխան՝ նրանց վրա դնելով լրացուցիչ տրամաչափարկման պայման:

Էներգիայի խտություն[խմբագրել]

Էլեկտրամագնիսական դաշտի էներիգիայի խտությունը վակուումում որոշվում է

\vec E= \frac{1}{8\pi}\left(\vec{E}^2 + \vec{H}^2\right)

բանաձևով, իսկ միավոր մակերեսի միջով (այդ մակերեսին ուղղահայաց ուղղությամբ) վայրկյանում անցնող էլեկտրամագնիսական էներգիայի հոսքը՝ Պոյնտինգի վեկտորով՝

 \vec S =  \frac {c}{4 \pi} [ \vec E \times \vec H]

(c-ն լույսի արագությունն է): Էլեկտրամագնիսական երկու (կամ մի քանի) դաշտերի վերադրման դեպքում էլեկտրական և մագնիսական դաշտի լարվածությունները գումարվում են՝

\vec E = \vec E_1 + \vec E_2, \vec H = \vec H_1 + \vec H_2

որտեղ \vec E_1, \vec E_2, \vec H_1, \vec H_2 բաղադրիչ դաշտերի լարվածություններն են:

Արդյունարար էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգիայի խտությունը որոշելիս բաղադրիչ դաշտերի էներգիայի խտություններից բացի, պետք է հաշվի առնել նաև այդ դաշտերի փոխադարձ էներգիան:

Մաքսվելի հավասարումներ[խմբագրել]

Էլեկտրամագնիսական դաշտի \vec E և \vec H լարվածությունները լիցքերի տվյալ բաշխման դեպքում կարելի է գտնել Մաքսվելի հավասարումներից: Այդ հավասարումներից հետևում է, որ էլեկտրամագնիսական դաշտը (էլեկտրամագնիսական ալիքները) վակուումում տարածվում է 3×108 մ/վ արագությամբ, որն անփոփոխ է մնում իներցիալ մի համակարգից մյուսին անցնելիս: \vec E և \vec H վեկտորները իներցիալ մի համակարգից մյուսին անցնելիս ձևափոխվում են այնպես, ինչպես Eμν (μ,ν=0,1,2,3) քառաչափ թենզորի համապատասխան բաղադրիչները: Այս հանգամանքն ապահովում է Մաքսվելի հավասարումների ինվարիանտությունը Լորենցի ձևափոխումների նկատմամբ: Էլեկտրամագնիսական դաշտի տեսության կիրառումների զգալի մասը պահանջում է Մաքսվելի հավասարումների ձևակերպումը նյութական միջավայրի համար: Այս դեպքում հավասարումների մեջ անհրաժեշտ է հաշվի առնել նաև միջավայրի լիցքերի և դրանց ստեղծած էլեկտրական հոսանքների համապատասխանաբար միջինացված արժեքները:

Դասական և քվանտային էլեկտրադինամիկա[խմբագրել]

Էլեկտրամագնիսական դաշտի՝ Մաքսվելի հավասարումների վրա հիմնված տեսությունը՝ դասական էլեկտրադինամիկան, ընդգրկում է այնպիսի բնագավառներ, ինչպիսիք են ժամանակակից էլեկտրատեխնիկան և ռադիոտեխնիկան, ռադիոֆիզիկան, օպտիկան ևն: Սակայն էլեկտրամագնիսական դաշտի դասական տեսությունը կիրառելի չէ շատ բարձր հաճախականության էլեկտրամագնիսական ալիքների համար: Մասնավորապես, այդ տեսությունն անկարող եղավ բացատրել էլեկտրամագնիսական ալիքների կլանումը և ճառագայթումը, Քոմփթոնի էֆեկտը, էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգի առաջացումը և մի շարք այլ երևույթներ, որոնք իրենց հիմնավորումը գտան դաշտի քվանտային տեսության շրջանակներում՝ քվանտային էլեկտրադինամիկայում, որտեղ լիցքավորված համակարգերի և վակուումի քվանտամեխանիկական նկարագրությանը զուգընթաց տրվում է էլեկտրամագնիսական դաշտի մասնիկային նկարագրությունը: Այդ անցումը կատարվում է քվանտային եղանակով: Վերջինս նշանակում է, որ ω հաճախականությամբ էլեկտրամագնիսական դաշտին համապատասխանության մեջ է դրվում լույսի մասնիկների՝ ֆոտոնների մի համախումբ, որոնցից յուրաքանչյուրը շարժվում է c արագությամբ, ունի հանգստի զրոյական զանգված, էներգիա, hk շարժման քանակ ( հՊլանկի հաստատունն է, k=c/ω )և 1-ի հավասար սպին: Էլեկտրամագնիսական դաշտի ինտենսիվությունը համապատասխանում է ֆոտոնների թվին: Նյութական համակարգի և Էլեկտրամագնիսական դաշտի փոխազդեցությունը համարժեք է այդ համակարգի և ֆոտոնների փոխազդեցությանը: