Elektrodynamik er en gren af fysikken , der studerer det elektromagnetiske felt i det mest generelle tilfælde (det vil sige tidsafhængige variable felter tages i betragtning) og dets vekselvirkning med legemer, der har en elektrisk ladning ( elektromagnetisk vekselvirkning ) [1] . Emnet elektrodynamik omfatter sammenhængen mellem elektriske og magnetiske fænomener, elektromagnetisk stråling (under forskellige forhold, både fri og i forskellige tilfælde af interaktion med stof), elektrisk strøm (generelt set vekselvis) og dens interaktion med et elektromagnetisk felt (elektrisk strøm). kan under dette betragtes som et sæt bevægelige ladede partikler). Enhver elektrisk og magnetisk interaktion mellem ladede legemer betragtes i moderne fysik som værende udført ved hjælp af et elektromagnetisk felt, og er derfor også genstand for elektrodynamik.
Oftest forstås termen elektrodynamik som standard som klassisk elektrodynamik, som kun beskriver de kontinuerlige egenskaber af et elektromagnetisk felt ved hjælp af et system af Maxwells ligninger ; det stabile udtryk kvanteelektrodynamik bruges almindeligvis til at henvise til den moderne kvanteteori om det elektromagnetiske felt og dets interaktion med ladede partikler . Udtrykket "elektrodynamik" blev introduceret af Andre-Marie Ampere , som i 1823 udgav værket "Synopsis af teorien om elektrodynamiske fænomener."
De grundlæggende begreber, som elektrodynamik opererer på inkluderer:
De grundlæggende ligninger, der beskriver det elektromagnetiske felts opførsel og dets interaktion med ladede legemer er:
Særlige ligninger af særlig betydning er:
Hovedindholdet i klassisk elektrodynamik er beskrivelsen af det elektromagnetiske felts egenskaber og dets interaktion med ladede legemer (ladede legemer "genererer" det elektromagnetiske felt, er dets "kilder", og det elektromagnetiske felt virker på sin side på ladede legemer , der skaber elektromagnetiske kræfter). Denne beskrivelse er, ud over at definere de grundlæggende objekter og størrelser, såsom elektrisk ladning , elektrisk felt , magnetfelt , elektromagnetisk potentiale , reduceret til Maxwells ligninger i en eller anden form og Lorentz-kraftformlen og berører også nogle relaterede spørgsmål (relateret til matematisk fysik, applikationer, hjælpestørrelser og hjælpeformler, der er vigtige for applikationer, såsom strømtæthedsvektoren eller Ohms empiriske lov ). Denne beskrivelse inkluderer også spørgsmål om bevarelse og overførsel af energi, momentum, vinkelmomentum af et elektromagnetisk felt, herunder formler for energitætheden , Poynting-vektoren osv.
Nogle gange er elektrodynamiske effekter (i modsætning til elektrostatik) de væsentlige forskelle mellem det generelle tilfælde af opførsel af et elektromagnetisk felt (f.eks. det dynamiske forhold mellem et skiftende elektrisk og magnetisk felt) og det statiske tilfælde, som gør det specielle statiske tilfælde meget nemmere at beskrive, forstå og beregne.
Elektrodynamik ligger til grund for fysisk optik , radiobølgeudbredelsens fysik, og gennemsyrer også næsten hele fysikken, da man i næsten alle grene af fysikken har at gøre med elektriske felter og ladninger, og ofte med deres ikke-trivielle hurtige ændringer og bevægelser. Derudover er elektrodynamik en eksemplarisk fysisk teori (både i dens klassiske og kvanteversioner), der kombinerer en meget høj nøjagtighed af beregninger og forudsigelser med indflydelsen af teoretiske ideer født inden for sit felt på andre områder af teoretisk fysik.
Elektrodynamik er af stor betydning inden for teknologi og ligger til grund for: radioteknik , elektroteknik , forskellige grene af kommunikation og radio .
Det første bevis på forbindelsen mellem elektriske og magnetiske fænomener var Ørsteds eksperimentelle opdagelse i 1819-1820 af genereringen af et magnetfelt ved hjælp af en elektrisk strøm. Han udtrykte også ideen om en vis vekselvirkning mellem elektriske og magnetiske processer i rummet omkring lederen, men i en ret uklar form.
I 1831 opdagede Michael Faraday eksperimentelt fænomenet og loven om elektromagnetisk induktion , hvilket blev det første klare bevis på et direkte dynamisk forhold mellem elektriske og magnetiske felter. Han udviklede også (som anvendt på elektriske og magnetiske felter) det grundlæggende i begrebet det fysiske felt og nogle grundlæggende teoretiske begreber, der gør det muligt at beskrive fysiske felter, og forudsagde også i 1832 eksistensen af elektromagnetiske bølger.
I 1864 udgav J. C. Maxwell første gang det komplette system af " klassiske elektrodynamiske " ligninger, der beskriver udviklingen af det elektromagnetiske felt og dets interaktion med ladninger og strømme. Han lavede en teoretisk forsvarlig antagelse om, at lys er en elektromagnetisk bølge , det vil sige et objekt for elektrodynamik.
I 1895 ydede Lorentz et væsentligt bidrag til konstruktionen af klassisk elektrodynamik, idet han beskrev interaktionen af et elektromagnetisk felt med (bevægelige) punktladede partikler. Dette gjorde det muligt for ham at udlede Lorentz-transformationerne . Han var også den første til at bemærke, at elektrodynamikkens ligninger modsiger newtonsk fysik .
I 1905 udgav A. Einstein værket "On the Electrodynamics of Moving Bodies", hvori han formulerede den særlige relativitetsteori . Relativitetsteorien, i modsætning til newtonsk fysik, er i fuld overensstemmelse med klassisk elektrodynamik og fuldender logisk dens konstruktion, hvilket giver dig mulighed for at skabe dens kovariante formulering i Minkowski-rummet gennem 4-potentialet og 4-tensoren af det elektromagnetiske felt .
I midten af det 20. århundrede blev kvanteelektrodynamik skabt - en af de mest nøjagtige fysiske teorier, der tjente som fundament og model for alle moderne teoretiske konstruktioner i elementær partikelfysik.
| Afsnit af elektrodynamik | |
|---|---|
| |
| Elektrodynamik af kontinuerlige medier | |