Фізичні основи та закономірності електромагнітного поля і його складових електричного та магнітного полів

3.1. Фізичними основами електромагнітного поля є електричні і магнітні явища, технічне використання яких являє собою зміст і сутність електротехніки як галузі науки. У сучасній науці утвердилось уявлення про електромагнітне поле як про фізичну, матеріальну реальність яка є особистим видом матерії, що характеризується силовим впливом на заряджені частинки, ступінь якого залежить від швидкості руху частинок та їх електричного заряду.

3.2.В основі “Теоретичних основ електротехніки” лежать також уявлення про електромагнітне поле, як про один із видів матерії, що володіє масою, енергією, кількістю руху та іншими властивостями речовини. В той же час, електромагнітне поле має свої особливості, що відрізняють його від речовини, в тому числі наявність двох складових: магнітного і електричного полів, які пов’язані безперервним взаємним перетворенням. Тому при вивченні цього розділу навчальної програми спочатку розглядається електростатичне поле в його силовій взаємодії з нерухомими зарядами та зарядженими тілами, потім розглядається магнітне поле та його силова взаємодія з провідниками, по яким проходить електричний струм, а лише після цього розглядаються закони електродинаміки та рівняння Максвела як заключний етап вивчення теоретичних основ електротехніки.

3.3.Визначення електромагнітного поля.

1) Електромагнітне поле є та ким видом матерії, який характеризується сукупністю взаємообумовлених і взаємозв’язаних електричного і магнітного полів, за допомогою яких відбувається взаємодія заряджених частинок і тіл.

2) Магнітне поле (МП) є складовою частиною електромагнітного поля, що створюється при русі електричних зарядів по провідниках і витках котушок індуктивності у вигляді постійного чи змінного струму, а також при протіканні молекулярних струмів у постійних магнітах.

3) Електричне поле (ЕП) є також складовою частиною електромагнітного поля, що створюється електричними зарядами та тілами при їх взаємодії.

4) В основу визначення параметрів електричного поля покладено силовий вплив на електричні заряди та струми (в першу чергу закон Кулона: ).

Електромагнітне поле, як особливий вид матерії, може існувати самостійно у вигляді електромагнітних хвиль (ЕМХ), одночасно маючи характеристики звичайного вида матерії, такі, як маса, енергія, кількість руху. При цьому в процесі розповсюдження ЕМХ одночасно із рухом потока енергії відбувається рух маси і кількості руху.

3.4. Особливості виявлення ЕМП.

1) Маса ЕМП мала в порівнянні з масою самих малих частинок відомих речовин (), проте вона має принципове значення, так як визначає інерційність ЕМП.

2) Розподіл ЕМП в просторі має 2 форми виявлення: безперервну та дискретну (у вигляді квантів випромінювання).

3) ЕМП може перетворюватися в речовину, а речовина в поле, так, наприклад, електрон і позитрон перетворюються в два кванти електромагнітного випромінювання (фотон), а при зникненні фотона виникає електрон і позитрон.

4) Формами існування ЕМП є простір і час.

3.5. Методи аналізу електромагнітних явищ.

В курсі “ТОЕ” застосовується 2 підходи до відображення електромагнітних явищ: 1) за допомогою теорії кіл; 2) за допомогою теорії полів. Вибір того чи іншого підходу залежить від умов завдання.

1) Теорія кіл застосовується у випадках, коли електротехнічний пристрій може бути приблизно замінений ідеалізованою схемою заміщення, яка містить ділянки кола, в яких визначаються величини напруги та струмів. При цьому теорія кіл дає можливість визначення з достатньою для практики точністю: напруги між кінцями кожної ділянки кола, не розглядаючи проміжні точки, та струму, не враховуючи густину струму в різних точках перерізу провідника.

2) Теорія полів навпаки передбачає тільки точне визначення електричних та магнітних величин в пристрої та часу від точки до точки, враховуючи параметри середовища, так звані координати середовища (ε_а, μ_а, ν_а), та параметри інтенсивності електромагнітного процесу, так звані диференціальні координати (ρ_v, J, E, H, D і В), де:

- абсолютна діелектрична проникність ;

- абсолютна магнітна проникність ;

y - питома електрична провідність (питомий кондуктанс);

- об’ємна густина заряду;

- площинна густина струму;

- напруженість електричного поля;

- електричне зміщення;

- напруженість магнітного поля.

3.6.Закономірності електричного і магнітного поля (ЕП і МП).

3.6.1. Енергія складових електромагнітного поля (ЕП і МП) дорівнює:

1)

2)

3.6.2. Механічний прояв ЕП і МП виражається силою взаємодії між електричними зарядами та між проводами зі струмами:

1)

2)

3.6.3.Закон електромагнітної індукції:

3.6.4. Закон електромагнітної інерції: