Электродинамика в ее классическом понимании предстает в виде предмета, который описывает и изучает различные свойства электромагнитных полей, а также занимается комплексным рассмотрением законов. По ним устанавливаются основные правила взаимодействия электромагнитного поля и тел с наличием электрического заряда.
Понятие электродинамики
В базовое понятие электродинамики включено уравнение Максвелла. Оно является основой электродинамики неподвижной силы. Также электродинамика рассматривает такие многосложные понятия как:
- электрический заряд;
- электромагнитное поле;
- электромагнитный потенциал;
- вектор Пойнтинга.
При изучении всех процессов электродинамики специалисты останавливаются подробнее на основных понятиях, связанных напрямую с этим явлением.
При взаимодействии одного заряженного тела с другим, возникает особый вид материи. Его принято называть электромагнитным полем. Оно состоит из двух основных составляющих в виде магнитного поля и электрического поля.
Далее принято использовать понятие электромагнитного потенциала. Его изображают в виде определенной физической величины, которая определяет распределение в пространстве электромагнитного поля.
Разделы электродинамики
Саму электродинамику разделяют еще на ряд активных составляющих:
- электростатику;
- электродинамику сплошной среды;
- магнитостатику;
- релятивистскую электродинамику.
В процессе изучения электродинамики определяют объект и предмет явления. Электромагнитное взаимодействие и закономерности его развития составляют предмет электродинамики. Само электромагнитное взаимодействие предполагает четыре вида фундаментальных видов взаимодействия.
При определении параметров электродинамики рассматривают свойства электрического заряда. Известно, что существует всего два вида электрических зарядов. При их взаимодействии отмечается закон сохранения энергии, когда суммарный электрический заряд в изолированной системе не изменяется. Также величина заряда может иметь зависимость от выбора системы отсчета. Исследователи помимо релятивистской составляющей используют значение дискретности электрического заряда, который имеет свою просчитанную минимальную порцию.
В процессе описания распределения заряда в пространстве используют дополнительные понятия по плотности изучаемого заряда. Существует объемная, поверхностная и линейная плотность заряда.
При изучении электромагнитного поля вводятся иные виды характеристик: силовые и энергетические. Также для уяснения свойств электромагнитного поля устанавливается напряженность электрического поля. Еще одной силовой характеристикой электрического поля стала магнитная индукция.
В магнитном поле действует сила Ампера. Она определяется как сила, которая действует на проводник. Как образ фундаментальной силы в физике определяют иное понятие. Оно получило имя силы Лоренца. Она действует на заряд в магнитном поле. Подобную силу еще называют полной силой, которая действует на электромагнитное поле.
Существуют некоторые характеристики электромагнитного поля. Они делятся на потенциальные и вихревые.
Для определения основных характеристик магнитного поля действует принцип суперпозиции. Его можно представить в виде электромагнитного поля, которое образовано сразу несколькими источниками и существующие в определенной точке. Напряженность создаваемых полей в установленной точек станет равной векторной сумме всех полей в отдельности.
Методы электродинамики
После введения основных параметров и характеристик электродинамики и электромагнитного поля есть смысл поговорить об основных методах изучаемого явления.
Существует четыре основных метода электродинамики:
- математический;
- численный;
- аналитический;
- вычислительный.
Математический метод электродинамики заключается в описании задач напряженности электрического и магнитного поля. В этом случае электромагнитное поле рассматривается как две векторные функции, существующие в пространстве и времени. Математическая модель электродинамики напрямую связана с вычислением векторных полей.
В векторной алгебре величины определяются абсолютным значением и направлением. Вектор в любой системе координат определяется тремя основными значениями. Эти числа зависят от выбранной системы координат.
При векторном анализе производятся основные дифференциальные операции по исчислению.
В электродинамике наряду с общей системой декартовых координат используются криволинейные координаты. В их число входят сферические и цилиндрические координаты, дифференциальные операции в криволинейных координатах.
При численном методе электродинамики задачи решаются с помощью метода половинного деления, метода простой итерации, метода Ньютона, метода хорд, комбинированного метода, метода наименьших квадратов, а также многочлена Лагранжа.
В аналитическом методе электродинамики рассматривается решение систем обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка с кубическими нелинейностями. Распространенным примером аналитического метода стали задачи нелинейной электродинамики плазмы.
В вычислительной электродинамике применяется популярный численный метод решения уравнений Максвелла. У специалистов он получил название метода конечных разностей во временной области. В подобном методе изучаются основные этапы и численные методы решения различных задач, в том числе методы конечного интегрирования, метод моментов и метод конечных элементов. Информацию используют в виде научных пособий для инженерных сотрудников, научных деятелей и специалистов, имеющих дело с вычислительной электродинамикой.
Подобные подходы к изучению протекающих процессов электродинамик со временем сформировали целый пласт дополнительных исследований и научных работ, на которых существует весь раздел современной физики.
