1. Введение Векторы электромагнитного поля 3

ПЛАН:
1. Введение
2. Векторы электромагнитного поля
3. Материальные уравнения электромагнитного поля
4. Классификация сред
5. Заключение
6.Литература


Ввдение

В настоящем пособии изложены основные положения теории волновых процессов, имеющих обширное приложение во многих областях науки и техники. Пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей. В первой главе пособия вводятся общие понятия и определения волновых процессов, поясняются физические основы акустических и электромагнитных волн. В последующих главах детально изложена теория электромагнитных волн, используемых в системах связи и различных радиотехнических устройствах.

Основные физические величины электромагнитного поля (напряженности и индукции) являются векторными функциями, изменяющимися в пространстве и во времени. Через особенности взаимодействия этих величин со средой определяются параметры среды и проводится классификация сред. Этот материал представлен во второй главе пособия.
Физические законы электромагнитного поля излагаются и анализируются в третьей главе. При этом рассматриваются как произвольная зависимость полей от времени, так и практически очень важные гармонические поля, то есть изменяющиеся во времени по синусоидальному закону.
Из решений волновых уравнений Гельмгольца получаются математические выражения гармонических волновых электромагнитных процессов. В различных однородных средах для электромагнитных волн вводятся понятия основных параметров и характеристик, используемых при практическом применении волн.
Векторы электромагнитного поля

Электромагнитное поле представляет собой совокупность переменных во времени взаимосвязанных и влияющих друг на друга электрического и магнитного полей. Электромагнитное поле проявляется в виде силы, действующей на электрические заряды. Любое силовое воздействие характеризуется величиной и направлением, поэтому для описания электромагнитных полей необходимо использовать векторные функции.

r

r
Электрическое поле оказывает силовое воздействие как на неподвижные, так и на движущиеся заряды. Математической моделью электрического поля в вакууме служит вектор E – напряженность электрического поля, определяемая по силе F , действующей на пробный заряд q, внесенный в рассматриваемую


точку поля с радиус-вектором r


_




F( r )qE( r ). _(2.1)


r

r
В системе СИ напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр – В/м. Для описания электрического поля в материальной среде, как будет показано в дальнейшем, требуется ввести еще вектор электрической индукции D, который в вакууме связан с вектором E соотношением


_ 
D ₀ E _{, (2.2)}


r
_где _{0 – электрическая постоянная (диэлектрическая} проницаемость) вакуума.
_Вектор электрической индукции D измеряется в кулонах на квадратный метр – Кл/м², а диэлектрическая проницаемость – в _{фарадах на метр Ф/м. Величина} _{0 определена экспериментально и
равна} _{0 =10}^-9_{/36π Ф/м = 8,842*10}^-12 _Ф/м.

r
Магнитное поле взаимодействует только с движущимися зарядами. В вакууме магнитное поле описывается вектором магнитной индукции B, который определяется по силе Лоренца

^
^F_л , действующей на заряд q, движущийся со скоростью ^V


 

B
F_л qEq^,_{. (2.3) Вектор магнитной индукции} r _{измеряется в веберах на}

r
квадратный метр - Вб/м², то есть вольт-секундах на квадратный метр или в теслах [Тл]. Для описания магнитного поля в

r r
материальной среде дополнительно вводится вектор H , который называется напряженностью магнитного поля. В вакууме векторы
B и H связаны соотношением

9

_ 
B ₀ H _{, (2.4)}



где ₀ – магнитная постоянная (магнитная проницаемость)

вакуума.


_{
Вектор} H _{имеет размерность амперы на метр величина} _{0 – генри на метр Гн/м. Численное}
^₀ ^{410−7} Гн/м.

- А/м, а

значение