Elektrodynamik är en gren av fysiken som studerar det elektromagnetiska fältet i det mest allmänna fallet (det vill säga tidsberoende variabla fält beaktas) och dess interaktion med kroppar som har en elektrisk laddning ( elektromagnetisk interaktion ) [1] . Ämnet elektrodynamik omfattar sambandet mellan elektriska och magnetiska fenomen, elektromagnetisk strålning (under olika förhållanden, både fri och i olika fall av interaktion med materia), elektrisk ström (allmänt sett växelvis) och dess interaktion med ett elektromagnetiskt fält (elektrisk ström). kan under detta betraktas som en uppsättning rörliga laddade partiklar). All elektrisk och magnetisk interaktion mellan laddade kroppar anses i modern fysik utföras med hjälp av ett elektromagnetiskt fält, och är därför också föremål för elektrodynamik.
Oftast förstås termen elektrodynamik som standard som klassisk elektrodynamik, som endast beskriver de kontinuerliga egenskaperna hos ett elektromagnetiskt fält med hjälp av ett system av Maxwells ekvationer ; den stabila termen kvantelektrodynamik används vanligtvis för att hänvisa till den moderna kvantteorin om det elektromagnetiska fältet och dess interaktion med laddade partiklar . Termen "elektrodynamik" introducerades av Andre-Marie Ampere , som publicerade 1823 verket "Synopsis of theory of electrodynamic phenomena".
De grundläggande begreppen som elektrodynamik verkar på inkluderar:
De grundläggande ekvationerna som beskriver beteendet hos det elektromagnetiska fältet och dess interaktion med laddade kroppar är:
Särskilda ekvationer av särskild betydelse är:
Huvudinnehållet i klassisk elektrodynamik är beskrivningen av egenskaperna hos det elektromagnetiska fältet och dess interaktion med laddade kroppar (laddade kroppar "genererar" det elektromagnetiska fältet, är dess "källor", och det elektromagnetiska fältet verkar i sin tur på laddade kroppar , skapar elektromagnetiska krafter). Denna beskrivning, förutom att definiera de grundläggande objekten och kvantiteterna, såsom elektrisk laddning , elektriskt fält , magnetfält , elektromagnetisk potential , reduceras till Maxwells ekvationer i en eller annan form och Lorentz kraftformel , och berör också några relaterade frågor (relaterat till matematisk fysik, applikationer, hjälpstorheter och hjälpformler som är viktiga för applikationer, såsom strömdensitetsvektorn eller Ohms empiriska lag ). Denna beskrivning inkluderar också frågor om bevarande och överföring av energi, momentum, vinkelmomentum av ett elektromagnetiskt fält, inklusive formler för energitätheten , Poynting-vektorn , etc.
Ibland är elektrodynamiska effekter (i motsats till elektrostatik) de signifikanta skillnaderna mellan det allmänna fallet med beteendet hos ett elektromagnetiskt fält (till exempel det dynamiska förhållandet mellan ett föränderligt elektriskt och magnetiskt fält) och det statiska fallet, som gör det speciella statiska fallet mycket lättare att beskriva, förstå och beräkna.
Elektrodynamik ligger till grund för fysikalisk optik , fysiken för radiovågsutbredning, och genomsyrar också nästan hela fysiken, eftersom man inom nästan alla grenar av fysiken har att göra med elektriska fält och laddningar, och ofta med deras icke-triviala snabba förändringar och rörelser. Dessutom är elektrodynamik en exemplarisk fysikalisk teori (både i dess klassiska och kvantversioner), som kombinerar en mycket hög noggrannhet av beräkningar och förutsägelser med inflytandet av teoretiska idéer födda inom dess område på andra områden av teoretisk fysik.
Elektrodynamik har stor betydelse inom tekniken och ligger bakom: radioteknik , elektroteknik , olika kommunikationsgrenar och radio .
Det första beviset på sambandet mellan elektriska och magnetiska fenomen var Oersteds experimentella upptäckt 1819-1820 av genereringen av ett magnetfält genom en elektrisk ström. Han uttryckte också idén om en viss interaktion mellan elektriska och magnetiska processer i utrymmet som omger ledaren, men i en ganska obskyr form.
År 1831 upptäckte Michael Faraday experimentellt fenomenet och lagen om elektromagnetisk induktion , vilket blev det första tydliga beviset på ett direkt dynamiskt samband mellan elektriska och magnetiska fält. Han utvecklade också (som tillämpas på elektriska och magnetiska fält) grunderna för begreppet det fysiska fältet och några grundläggande teoretiska begrepp som gör det möjligt att beskriva fysiska fält, och förutspådde även 1832 förekomsten av elektromagnetiska vågor.
År 1864 publicerade J.C. Maxwell först det kompletta systemet av " klassisk elektrodynamik "-ekvationer som beskrev utvecklingen av det elektromagnetiska fältet och dess interaktion med laddningar och strömmar. Han gjorde ett teoretiskt sunt antagande att ljus är en elektromagnetisk våg , det vill säga ett objekt för elektrodynamik.
1895 gjorde Lorentz ett betydande bidrag till konstruktionen av klassisk elektrodynamik, och beskrev interaktionen mellan ett elektromagnetiskt fält och (rörliga) punktladdade partiklar. Detta tillät honom att härleda Lorentz-förvandlingarna . Han var också den första att märka att ekvationerna för elektrodynamiken motsäger den newtonska fysiken .
År 1905 publicerade A. Einstein verket "On the Electrodynamics of Moving Bodies", där han formulerade den speciella relativitetsteorin . Relativitetsteorin, till skillnad från newtonsk fysik, är helt överens med klassisk elektrodynamik och fullbordar logiskt dess konstruktion, vilket gör att du kan skapa dess kovarianta formulering i Minkowski-rymden genom det elektromagnetiska fältets 4-potential och 4-tensor .
I mitten av 1900-talet skapades kvantelektrodynamik - en av de mest exakta fysikaliska teorierna, som tjänade som grund och modell för alla moderna teoretiska konstruktioner inom elementarpartikelfysik.
| Avsnitt av elektrodynamik | |
|---|---|
| |
| Elektrodynamik hos kontinuerliga medier | |