Движение заряженных частиц в электромагнитном поле . <...> *) Здесь и далее символ [г] означает, что данная величина приведена в гауссовой системе единиц. <...> Электрическое поле Закону Кулона можно придать совершенно иной физический смысл: () FEr . <...> 12=≡2 1 qq r r 2 1q r 2 (2.1) Этим соотношением вводится принципиально новое понятие — электрическое поле, создаваемое зарядом q1 во всем окружающем пространстве, а также определяется закон действия данного поля на любой заряд. <...> F = −gradU r ≡ −∇U( )r, (1.3) ϕ ϕ ϕ Электростатика Воспользовавшись теоремой Стокса, отсюда имеем () () ,0 L E dr = SL , rot ,E dS = где L — длина произвольного замкнутого контура, охватывающего поверхность площадью SL. <...> Отсюда получаем важное свойство кулоновского (электростатического) поля: rot 0. <...> Отсутствие аналогичных нарушений в электромагнитном поле придает здесь принципу суперпозиции фундаментальный характер. <...> hd , 33 Силовые линии поля точечного заряда представляют собой семейство радиально расходящихся прямых ( = const, где r, Силовые линии: 1) начинаются и заканчиваются на зарядах; 2) не замкнуты, так как ческого поля; 3) не пересекаются ввиду однозначности поля Е(r), за исключением точек, где Е = 0. <...> Электрический диполь (а) и его поле (б): сплошные линии — силовые линии электрического поля; пунктирные — линии эквипотенциалей Картину электрического поля можно также наглядно представить с помощью семейства эквипотенциалей — поверхностей равного потенциала (рис. <...> Из соотношения Е = −∇ силовые линии везде нормальны к эквипотенциалям. следует, что § 5. <...> Система зарядов (а) и элементарный диполь (б) На больших расстояниях от системы зарядов, при R >> ri, можно найти приближенные значения потенциала, а затем и поля, произведя разложение функции () f R r R r−= 1 , i i Для этого следует воспользоваться формулой разложения в ряд Тейлора функции f(R, ri). <...> Элементарный диполь — система двух точечных зарядов ±q, равных по величине и противоположных по знаку (рис. <...> На рисунке а и г показаны <...>
Электромагнитное_поле._Часть_1._Электричество_и_магнетизм_(изд._2-ое,_испр._и_доп.).pdf
УДК 537.8
ББК 22.336
М 559
Интернет-магазин
http://shop.rcd.ru
• ф и з и к а
• м а т е м а т и к а
• б и о л о г и я
• н е ф т е г а з о в ы е
т е х н о л о г и и
Мешков И. Н., Чириков Б. В.
Электромагнитное поле. Часть 1. Электричество и магнетизм. — Изд. 2-е,
испр. и доп. — М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»,
2014. — 544 с.
В книге последовательно изложены основные положения классической
электромагнитной теории, включая движение заряженных частиц в поле и структуру
электромагнитной волны. Дана наглядная картина физических явлений
в сочетании с упрощенным теоретическим анализом. Описаны важнейшие эксперименты
и интересные с точки зрения физики практические приложения.
Книга предназначена для специалистов в различных областях физики
и техники, преподавателей, аспирантов и студентов вузов.
ISBN 978-5-93972-978-9
ISBN 978-5-93972-979-6 (часть 1)
© И. Н. Мешков, Г. Б. Чирикова, 2014
© НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2014
http://shop.rcd.ru
http://ics.org.ru
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ко второму изданию ...................................................................... 7
Предисловие к первому изданию ....................................................................... 9
Глава I. Электростатика ..................................................................................... 11
§ 1. Закон Кулона ........................................................................................... 11
§ 2. Электрическое поле................................................................................. 12
§ 3. Принцип суперпозиции .......................................................................... 13
§ 4. Геометрия поля. ....................................................................................... 14
§ 5. Электрические мультиполи .................................................................... 15
§ 6. Закон сохранения потока электрического поля .................................... 23
§ 7. Основное уравнение электростатики (уравнение Пуассона) .............. 28
§ 8. Общее решение уравнения Пуассона. Понятие о
-функции ............. 32
§ 9. Энергия электрического поля ................................................................ 34
§ 10. Проводник в электрическом поле ....................................................... 36
§ 11. Уравнение Лапласа ................................................................................ 53
§ 12. Электрическая емкость ......................................................................... 59
§ 13. Экспериментальная проверка закона Кулона ..................................... 65
Глава II. Диэлектрики ........................................................................................ 71
§ 14. Поляризация диэлектрика..................................................................... 71
§ 15. Электрическое поле в диэлектрике ...................................................... 73
§ 16. Граничные условия ............................................................................... 79
§ 17. Энергия поля в среде ............................................................................. 85
§ 18. Давление поля ........................................................................................ 87
§ 19. Электростатические силы в среде ........................................................ 89
Глава III. Электрический ток ............................................................................ 93
§ 20. Электрический ток. Уравнение непрерывности ................................. 93
§ 21. Ток в металлах. Закон Ома ................................................................... 95
§ 22. Ток в изоляторах. Граничные условия при наличии тока ............... 101
δ
Стр.3
4
Оглавление
§ 23. Релаксация зарядов в среде ................................................................ 104
§ 24. Электрические цепи. Законы Кирхгофа ............................................ 107
§ 25. Электрические цепи с емкостью ........................................................ 110
§ 26. Электрический разряд ......................................................................... 118
§ 27. Пучки заряженных частиц .................................................................. 127
Глава IV. Магнитное поле в вакууме ............................................................. 139
§ 28. Магнитное поле тока ........................................................................... 139
§ 29. Магнитное поле и теория относительности ...................................... 148
§ 30. Самофокусировка пучка заряженных частиц: пинч-эффект ........... 152
§ 31. Вектор-потенциал ................................................................................ 154
§ 32. Основные уравнения магнитного поля ............................................. 159
§ 33. Закон сохранения циркуляции магнитного поля. Лапласово
поле ....................................................................................................... 161
§ 34. Магнитный диполь .............................................................................. 174
§ 35. Взаимодействие диполя с магнитным полем .................................... 180
§ 36. Прецессия магнитного момента. Магнитный резонанс ................... 182
Глава V. Магнитное поле в среде ................................................................... 195
§ 37. Намагничение ...................................................................................... 195
§ 38. Магнитная индукция ........................................................................... 198
§ 39. Ток смещения в среде ......................................................................... 201
§ 40. Граничные условия для магнитного поля ......................................... 203
§ 41. Магнитные цепи .................................................................................. 210
§ 42. Понятие о ферромагнетизме ............................................................... 215
§ 43. Постоянные магниты .......................................................................... 220
§ 44. Плазма как диамагнетик ..................................................................... 233
Глава VI. Электромагнитная индукция .......................................................... 237
§ 45. Закон электромагнитной индукции. Уравнения Максвелла ........... 237
§ 46. Энергия магнитного поля. Индуктивность ....................................... 250
§ 47. Давление магнитного поля. ................................................................ 252
§ 48. Сохранение магнитного потока. Электрические цепи ..................... 255
§ 49. Индуктивность и масса... .................................................................... 258
§ 50. Сверхсильные магнитные поля .......................................................... 260
§ 51. Взаимоиндукция .................................................................................. 264
Стр.4
Оглавление
5
§ 52. Цепи переменного тока ....................................................................... 268
§ 53. Технические применения электромагнитной индукции .................. 282
§ 54. Сверхпроводимость............................................................................. 289
§ 55. Поток энергии в электромагнитном поле ......................................... 301
Глава VII. Движение заряженных частиц в электромагнитном поле .......... 307
§ 56. Частица в однородном и постоянном поле ....................................... 307
§ 57. Частица в неоднородном поле. Закон сохранения обобщенного
момента................................................................................................ 316
§ 58. Закон сохранения фазового объема пучка заряженных частиц
и методы его сжатия ........................................................................... 339
Глава VIII. Электромагнитные волны ............................................................ 351
§ 59. Радиоволны .......................................................................................... 352
§ 60. Оптический диапазон. Источник света ............................................. 355
§ 61. Глаз ....................................................................................................... 358
§ 62. Измерение цвета, или колориметрия ................................................. 362
§ 63. Искусственные приемники света ....................................................... 368
§ 64. Рентгеновское (гамма) излучение ...................................................... 374
Глава IX. Структура электромагнитной волны ............................................ 377
§ 65. Свободное электромагнитное поле .................................................... 377
§ 66. Волновое уравнение для полей .......................................................... 380
§ 67. Волновое уравнение для потенциалов .............................................. 381
§ 68. Плоские волны ..................................................................................... 383
§ 69. Монохроматическая волна. Поляризация волны ............................. 386
§ 70. Волновой вектор. Эффект Доплера ................................................... 390
§ 71. Аномальный эффект Доплера. Черенковское излучение ................ 397
Глава X. Отражение и преломление электромагнитной волны ................... 401
§ 72. Зеркало ................................................................................................. 401
§ 73. Преломление волны ............................................................................ 409
§ 74. Полное внутреннее отражение. Туннельный эффект ...................... 415
§ 75. Стоячая волна ...................................................................................... 419
§ 76. Резонаторы ........................................................................................... 421
Стр.5
6
Оглавление
Глава XI. Спектральный анализ ...................................................................... 433
§ 77. Спектральное разложение. Периодическое поле ............................. 433
§ 78. Спектральное разложение. Импульсное поле ................................... 438
§ 79. Соотношение неопределенности ....................................................... 446
§ 80. Спектральное разложение. Стохастическое поле ............................. 451
§ 81. Экскурс в теорию информации. Количество информации .............. 467
§ 82. Экскурс в теорию информации. Поток информации ....................... 471
§ 83. Экскурс в теорию информации. Принцип Сциларда–Бриллюэна ............ 481
Глава XII. Дисперсия ....................................................................................... 485
§ 84. Фазовая и групповая скорости волны................................................ 485
§ 85. Расплывание волнового пакета .......................................................... 491
§ 86. Волноводы ........................................................................................... 496
§ 87. Скин-эффект ........................................................................................ 511
Приложение I. Элементы векторного анализа ............................................... 525
Приложение II. Фундаментальные константы .............................................. 529
Приложение III. Единицы измерения физических величин ......................... 531
Литература ........................................................................................................ 535
Предметный указатель ..................................................................................... 537
Стр.6