Общие сведения об электрическом и магнитном полях

В электрических цепях могут быть токи и напряжения постоянные по величине и направлению; постоянные по направлению, но переменные по величине; периодически изменяющиеся по величине и направлению; импульсного характера. Переменные токи и напряжения различной формы создают в пространстве, окружающем электрические цепи, переменные электрические и магнитные поля. Характер изменения этих полей соответствует характеру изменения электрического напряжения и тока в рассматриваемой цепи.

Если в проводе имеются переменные напряжения U и ток I, то электрическое поле можно представить (рис. 1.1) в виде силовых линий, начинающихся в проводе и заканчивающихся на поверхности земли.
В земле электрического поля, создаваемого напряжением провода U, нет, поэтому кабельные линии, проложенные в земле, электрическому влиянию не подвержены.

Рис.1.1. Силовые линии электромагнитного поля

Силовые линии магнитного поля, создаваемого током I, замыкаясь по концентрическим окружностям вокруг провода, проникают и в землю, поэтому кабельные линии в земле, так же как и воздушные, подвергаются воздействию магнитного поля.

Электромагнитное поле в каждой точке характеризуется четырьмя векторными величинами: напряженностью электрического поля , В/м, электрической индукцией , Кл/м², напряженностью магнитного поля , А/м, магнитной индукцией , Тл (тесла).

Составляющие электрического поля (, ) и магнитного поля (, ) находятся во взаимной зависимости.

Для поля в вакууме имеем:

= e ₀ ; = m ₀ ,

где e₀ – электрическая постоянная, равная 8,85х10^-12 ,Ф/м; m ₀ – магнитная постоянная, равная 1,26х10^-6, Г/м.

Взаимосвязь векторов электромагнитного поля основывается на следующих четырех положениях [1].

Закон полного тока: ; знак у интеграла означает, что интегрирование производится по замкнутому контуру; полный ток i_п включает в себя ток проводимости и ток смещения .

Отсюда следует, что всякое изменение электрического поля во времени вызывает появление магнитного поля.

Закон электромагнитной индукции, который устанавливает связь между ЭДС, индуктируемой в контуре, и магнитным потоком, пересекающим этот контур

; .

Из этих формул видно, что всякое изменение магнитного поля во времени приводит к появлению электрического поля.

Теорема Остроградского-Гауса, которая устанавливает связь между потоком вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность и электрическим зарядом, расположенным внутри этой поверхности, имеет вид N=Q/e₀.

Если Q = 0, то N = 0, то есть электрическое поле может возникнуть только в результате изменения магнитного потока.

Принцип непрерывности магнитного потока, который выражается в том, что полный поток магнитной индукции через любую замкнутую поверхность равен нулю, то есть вошедший внутрь любого объема магнитный поток равен магнитному потоку, вышедшему из того же объема, или математически , здесь интеграл берется по замкнутой поверхности.