Էլեկտրամագնիսական դաշտ

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

Լարվածություններ

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

${\vec {E}}$ 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

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

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 E_μν (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

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, hω էներգիա, hk շարժման քանակ (հ-ը Պլանկի 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։

էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգետիկ հատկությունները

v ծավալի ներսում փակված էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգիան չի կարող անփոփոխ մնալ։ Դաշտի էներգիան ժամանակի ընթացքում փոփոխվում է որոշակի հործոնների ազդեցության տակ.

• էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգիայի մի մասի վերածումը էներգիայի այլ տեսակի, օրինակ, նյութի մասնիկների մեխանիկական էներգիայի, որ կապված է դրանց ջերմային շարժման հետ, որը հարուցված է հաղորդման հոսանքի ընթացքում։
• արտաքին աղբյուրներ աշխատանքը, որը կարող է և՛ ավելացնել, և՛ նվազեցնել դաշտի էներգիան։
• V ծավալի և նրան շրջափակող տարածության միջակայքի միջև կատարվող էներգիայի սպեցիֆիկ փոխանակում, որ բնորոշ է էլեկտրամագնիսական դաշտին և կոչվում է ճառագայթում։

Ճառագայթման գործընթացի ինտենսիվությունը էլեկտրադինամիկայում բնութագրում են՝ որոշելով տարածության ամեն կետում հատուկ վեկտորային մեծություն- Պոյնտինգի վեկտորը, նրա ֆիզիկական իմաստը այն է, որ Պոյնտինգի վեկտորի մոդուլն ու ուղղությունը բնութագրում են տարածության յուրաքանչյուր կետում ճաագայթման էներգիայի հոսքի մեծությունն ու ուղղություն։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 4, էջ 20)։