Электродинамика (основные понятия)

Электродина́мика – раздел физики, изучающий электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд (электромагнитное взаимодействие). Предмет электродинамики включает связь электрических и магнитных явлений, электромагнитное излучение (в разных условиях, как свободное, так и в разнообразных случаях взаимодействии с веществом), электрический ток (вообще говоря, переменный) и его взаимодействие с электромагнитным полем (электрический ток может быть рассмотрен при этом как совокупность движущихся заряженных частиц). Любое электрическое и магнитное взаимодействие между заряженными телами рассматривается в современной физике как осуществляющееся через посредство электромагнитного поля, и, следовательно, также является предметом электродинамики.

Чаще всего под термином электродинамика по умолчанию понимается классическая электродинамика, описывающая только непрерывные свойства электромагнитного поля посредством системы уравнений Максвелла; для обозначения современной квантовой теории электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами обычно используется устойчивый термин квантовая электродинамика.

Основные понятия, которыми оперирует электродинамика, включают в себя:

• Электромагнитное поле – это основной предмет изучения электродинамики, вид материи, проявляющийся при взаимодействии с заряженными телами. Исторически разделяется на два поля:

1. Электрическое поле – создается любым заряженным телом или переменным магнитным полем, оказывает воздействие на любое заряженное тело.
2. Магнитное поле – создается движущимися заряженными телами, заряженными частицами, имеющими спин, и переменными электрическими полями, оказывает воздействие на движущиеся заряды и заряженные тела, имеющие спин. (Понятие спина в обменном взаимодействии тождественных частиц учитывается в квантовой механике и представляет собой чисто квантовый эффект, исчезающий при предельном переходе к классической механике)

• Электрический заряд – это свойство тел, позволяющее им взаимодействовать с электромагнитными полями: создавать эти поля, будучи их источниками, и подвергаться (силовому) действию этих полей.
• Электромагнитный потенциал – 4-векторная физическая величина, полностью определяющая распределение электромагнитного поля в пространстве. В трехмерной формулировке электродинамики из него выделяют:

1. Векторный потенциал – трехмерный вектор, образованный оставшимися компонентами 4-вектора.
2. Вектор Пойнтинга – векторная физическая величина, имеющая смысл плотности потока энергии электромагнитного поля.

Когда мы имеем дело с движущимися зарядами, физический смысл имеет понятие силы тока. Сила тока – это количество электричества, проходящего через полное поперечное сечение проводника в единицу времени. Часто мы встречаемся со случаем, когда ток не равномерно распределен по сечению. И вообще, величина тока через сечение различна в разных элементах тока этого сечения и зависит от положения этого элемента сечения относительно тока. В этом случае вводится понятие плотности тока.

Важнейшим законом в электродинамике является закон сохранения заряда или в дифференциальной форме он называется уравнением непрерывности.

Закон сохранения заряда (для незамкнутой системы) можно сформулировать так и так: убыль заряда в единицу времени в объеме dV равен величине заряда, вытекающего через поверхность этого объема в единицу времени.