Kuidan jagada elektromagnetvälja puhtalt elektriliseks ja puhtalt magnetiliseks?

Elektromagnetväli (Electromagnetic Field) on elektrilise välja (Electric Field) ja magnetvälja (Magnetic Field) kombinatsioon, mis on seotud Maxwelli võrrandite kaudu. Elektromagnetvälja jagamiseks puhtaks elektriväljaks ja puhtaks magnetväljaks tuleb mõista, kuidas need väljad omavahel suhtlevad ja kuidas neid teatud tingimustes iseseisvalt analüüsida saab.

1. Elektromagnetvälja põhiline omaduste mõistmine

Elektromagnetväli on neljandas dimensioonis olev vektorväli, mis koosneb elektrilisest väljast ja magnetväljast. Relatiivsusmehaanika raamistikus võib elektriväli ja magnetväli vaadelda ühtsana tensorväljana. Kuid mitte-relatiivses kontekstis saame neid eraldi arutada.

2. Elektriväli ja magnetväli eraldamine

Elektromagnetvälja komponentide, elektrivälja ja magnetvälja, eraldamisel võime oma analüüsi alustada järgmistest füüsikalistest suurustest:

Elektriväli

Elektriväli E tekib elektrilaetuse leviku tõttu. See defineeritakse järgmiselt:

Maxwelli esimene võrrand (Gaussi seadus):

∇⋅E=ρ/ϵ0

• ρ on laetuse tihedus ja ϵ0 on tühi ruumi dielektriline läbilasevus.

• Maxwelli neljas võrrand (Faraday induktsiooniseadus):

∇×E=−∂B/∂t

see viitab sellele, et elektrivälja muutub seostatud on magnetvälja ajalise muutumisega.

Magnetväli

Magnetväli B tekib liiguvate laetuste või voolude tõttu. Selle definitsioon on:

Maxwelli teine võrrand: ∇⋅B=0, mis tähendab, et isoleeritud magnetpoolest ei eksisteeri.

Maxwelli kolmas võrrand

∇×B=μ0J+μ0ϵ0 ∂E/∂t

J on voolutihe ja μ0 on tühi ruumi permeabilitet.

3. Täpsustatud tingimustes puhtade elektriväljade ja puhtade magnetväljade analüüs

Täpsustatud tingimustes saab elektromagnetvälja lihtsustada puhta elektriväljaks või puhta magnetväljaks:

Puhas elektriväli

Kui aegmuutuv magnetväli puudub (st ∂B/∂t = 0), siis on elektriväli puhas elektriväli.

Näiteks elektrostaatikas genereeritakse elektriväli ainult paigalduva laetuse leviku kaudu.

Puhas magnetväli

Kui aegmuutuv elektriväli puudub (st ∂E/∂t = 0), siis on magnetväli puhas magnetväli.

Näiteks püsiva voolu poolt genereeritav magnetväli tekib ainult püsivate voolude kaudu.

4. Matemaatilised väljendid

Praktikas saame lahendada Maxwelli võrrandeid, et saada elektromagnetvälja konkreetsete kuju. Puhtade elektriväljade ja magnetväljade puhul võime kirjutada nende matemaatilisi väljendeid:

Puhas elektriväli väljend

Kui B on staatiline, siis ∇×E=0, mis tähendab, et elektriväli on konservatiivne ja seda saab kirjeldada skalaarpotentsiaaliga V: E=−∇V.

Puhas magnetväli väljend (Puhas magnetväli väljend)

Kui E on staatiline, siis ∇×B=μ0 J, mis tähendab, et magnetvälja saab arvutada Ampère' ringseaduse abil.

Kokkuvõte

Elektromagnetväli saab jagada elektriväljaks ja magnetväljaks, ja puhtad elektriväljade ja magnetväljade on erijuhtud täpsustatud tingimustes. Maxwelli võrrandite kaudu saame analüüsida elektromagnetvälja käitumist ja jagada neid puhtadeks elektriväljadeks või magnetväljadeks vastavalt olukorrale. See jagamine on kasulik elektromagnetiliste probleemide praktilises mõistmisel ja lahendamisel.

Kui teil on veel küsimusi või soovite rohkem informatsiooni, andke mulle teada!