Электродинамика – это раздел физики, изучающие основные переменные электромагнитного поля, и их взаимодействие.
Рисунок 1. Электродинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Классическая электродинамика описывает все свойства электромагнитного поля и принципы его взаимосвязи с другими физическими элементами, которые несут определенный электрический заряд. Это действие можно определить посредством уравнений Максвелла, и выражения мощности Лоренца. При этом всегда применяются такие главные понятия электродинамики как: электромагнитное поле, электромагнитный потенциал, электрический заряд и вектор Пойнтинга.
К основным разделам указанного направления в физике относят:
- магнитостатику;
- электростатику;
- электродинамику сплошной среды.
Основой для оптики, как раздела науки, выступает электродинамика в виде физики радиоволн. Это научное направление считается фундаментом для электротехники и радиотехники.
Электрический заряд
Электромагнитные взаимосвязи относятся к числу самых важных действий в природе. Силы их упругости и трения, давление газа и жидкости можно свести к единому показателю электромагнитной силы между элементами вещества. Сами взаимодействия в электродинамике уже не могут образоваться в более глубоких формах взаимодействий.
Рисунок 2. Электрическое поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Таким же фундаментальным видом взаимодополнения является тяготение — гравитационное и постоянное притяжение двух физических тел.
Однако между гравитационными процессами и электромагнитными можно наблюдать несколько важных отличий:
- принимать участие в электромагнитных взаимодействиях могут только заряженные тела;
- гравитационная связь— это всегда систематическое притяжение одного тела к другому;
- электромагнитные взаимосвязи могут быть как отталкиванием, так и притяжением;
- взаимодействие в электродинамике гораздо интенсивнее гравитационного;
- каждое заряженное тело имеет определенную величину электрического заряда.
Электрический заряд — это конкретная физическая величина, которая более точно определяет силу электромагнитного взаимодействия между природой и объектам, единицей измерения которой является кулон (Кл)1.
Электрическое поле
Теория близкодействия одержала верх над ранее предложенными гипотезами ученых, в результате чего основным объектом, полноценно передающим взаимодействие между зарядами даже сквозь вакуум, оказалось электромагнитное поле. Решающими в данной сфере стали труды и работы двух известных ученых $XIX$ столетия — Фарадея и Максвелла. Физики смогли открыть принцип работы электрического поля с помощью экспериментальных подтверждений своих утверждений.
Неподвижные заряды не могут образовывать магнитное поля, следовательно, в этом аспекте необходимо говорить только о свойствах самого электрическом поле.
Итак, главными характеристиками поля в электродинамике являются:
- электрический заряд может создавать мощное поле вокруг себя;
- электродинамика не нуждается в какой-то конкретной среде и может возникать в веществе и в вакууме, является хорошей альтернативной формой существования всей материи;
- электрическое поле является первичным физическим объектом, которое устанавливает законы поведения динамики процессов в электрической цепи.
Источниками электрического поля считают постоянные электрические заряды, а индикатором для исследования данного явления выступает так называемый пробный заряд. По действию этого вещества можно судить о наличии электрического поля в определенном пространстве. Кроме того, посредством пробного заряда можно определить величину поля в различных сферах его взаимодействия. Естественно, данный элемент в электродинамике должен быть точечным и постоянным.
По мнению ученых, сила, оказывающая влияние на пробный заряд в электрическом поле, абсолютно пропорционально величине общего заряда. Поэтому соотношение интенсивности к потоку энергии уже не зависит от показателя заряда и является одним из свойств поля.
Напряжённость электрического поля представляет собой взаимосвязь вектора силы $\vec {F}$, с которой электромагнитное поле действует на пробный заряд $q$, к самому пробному заряду: ${{\vec {E}}={\frac {\vec {F}}{q}}.}$
Напряжение веществ в поле считается векторной величиной, где в каждой точке пространства находится определенный коэффициент пробного элемента. Поле является заданным, если можно определит зависимость указанного вектора напряжённости от заданных координат точки и от времени.
Как следует из данного определения, напряжённость принято измерять в Н/кл, однако на сегодняшний день возможно исследовать только свойства этого процесса.
Проводники в электрическом поле
Электрический ток можно легко получить, если полюса батарейки замкнуть металлической проволокой, а если заменить проволоку обычной стеклянной палочкой — никакого тока не возникнет. Металл является основным проводником, а стекло выступает в роли диэлектрика.
Проводники в электродинамике отличаются от диэлектриков отсутствием лишних зарядов, заряженных элементов, положение которых никак не связано с точкой внутри самого вещества. Свободные заряды начинают активно взаимодействовать под влиянием электрического поля и могут двигаться по всему объему проводника.
Проводники — это в первую очередь металлы, в которых абсолютно свободными зарядами считаются только свободные электроны, которые вытекают из особенностей процесса металлической связи.
Дело в том, что валентный постоянный электрон, который расположен на электронной внешней оболочке атома металла, достаточно слабо связан с атомным ядром. При взаимосвязи атомов металла их валентные частицы остаются без оболочки, и «отправляются в свободное плавание».
Проводниками в электрическом поле выступают и электролиты, представляющие собой растворы и расплавы, свободные нано-заряды, в которых проявляется диссоциация молекул на положительные и отрицательные ионы. Если вы бросите в стакан обычной воды щепотку поваренной соли, тогда молекулы $NaCl$ постепенно распадаются на положительные ионы $Na^+$ и $Cl^−$. Под воздействием электрического поля эти показатели начнут образовывать упорядоченное движение, в результате чего возникнет электрический ток.
Природная вода выступает хорошим проводником благодаря наличию растворенных в ней солей, но не таким хорошим, как металлы. Все знают, что тело человека в основным состоит из воды, в которой также растворены определенные элементы соли. Поэтому наше тело также выступает в роли проводника электрического тока.
Стоит отметить, что благодаря наличию огромного количества свободных зарядов, которые способны перемещаться по всему пространственному объему, проводники имеют некоторые характерные общие свойствами.
Электромеханическая аналогия
Между индуктивностью $L$ в электродинамике и массой $m$ в механике нетрудно заметить определенную аналогию. Известно, что для полноценного разгона тела до определенной скорости, необходимо потратить некоторое время, так как мгновенно изменить скорость физического тела невозможно.
При неизменной интенсивности, которая приложена к телу, это время будет напрямую зависеть от массы $m$ тела. Чтобы ток в катушке смог достичь своего максимального значения, требуется время для установления индуктивности индуктивность $L$ катушки.
Скорость тела будет автоматически уменьшаться, если вещества в электрическом поле будут налетать на неподвижную стену. Стена принимает на себя весь удар, и его разрушительная сила тем сильнее, чем больше масса самого тела. На самом деле все электромеханические аналогии простираются достаточно далеко и имеют отношение не только к индуктивности и массы, но и других показателей, отказывающимися крайне полезными на практике.
Осознание единства и постоянства электрической и магнитной взаимосвязи стало первым подтвержденным примером теории объединения физических взаимодействий. На сегодняшний день доказано, что электродинамика и слабое взаимодействия при высоких энергиях объединяются в едином процессе.
