Электромагнитное поле
Электромагнитное поле – это особый вид материи, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие между частицами, обладающими электрическим зарядом. Говоря кратко, – это особый вид материи, передающий действие электромагнитных сил. Электромагнитное поле отличается непрерывным распределением в пространстве (доказательством тому служит существование электромагнитных волн). Вместе с тем, электромагнитное поле обнаруживает дискретность структуры, о чём говорит существование фотонов. Электромагнитное поле обладает способностью распространяться в вакууме со скоростью 3⋅108 м/с и оказывать на заряженные частицы силовое воздействие, зависящее от их заряда и скорости. Опытом установлено, что электромагнитное поле обладает массой, энергией, импульсом и т.д. Все это – неоспоримые доказательства физической реальности этого вида материи.
При исследовании электромагнитного поля обнаруживаются два его проявления, две неразрывно связанные стороны – электрическое и магнитное поля. Электрическое поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами и изменением магнитного поля и передающая действие электрических сил. Электрическая сила – одна из двух составляющих электромагнитной силы. Величина и направление её зависят от положения заряженного тела или частицы в электромагнитном поле. Выявляется электрическое поле по силовому воздействию на неподвижные заряженные тела или частицы (хотя оно действует и на движущиеся заряженные частицы и тела). Магнитное поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная движением электрических зарядов и изменением электрического поля и передающая действие магнитных сил. Магнитная сила – другая составляющая электромагнитной силы. Особенностью этой силы является то, что она действует только на движущиеся заряды, её величина и направление зависят от скорости движения заряженных частиц относительно электромагнитного поля. Обнаруживается магнитное поле по силовому воздействию на движущиеся заряженные тела или частицы, направленному нормально к направлению движения этих тел и частиц.
Электрический заряд – неотъемлемое свойство, присущее некоторым «простейшим» частицам материи – так называемым «элементарным» частицам. Электрический заряд вместе с массой, энергией, спином и т.д. образуют «комплекс» фундаментальных свойств частиц. Из известных в настоящее время элементарных частиц электрическим зарядом обладают электроны, позитроны, протоны, антипротоны, некоторые мезоны и гипероны и их античастицы. Не обладают электрическим зарядом нейтроны, нейтрино, нейтральные мезоны и гипероны и их античастицы, а также фотоны.
Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе тел или частиц алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная, какие бы процессы не происходили в системе.
Все элементарные заряженные частицы всегда находятся в состоянии движения. Рассматриваемые в электростатике «неподвижные» заряды есть результат макроскопического усреднения: если геометрическая сумма скоростей всех элементарных зарядов, образующих данный макроскопический заряд q, в среднем равна нулю, то такой заряд проявляет себя в окружающем пространстве как «неподвижный».
Элементарные заряды, имеющиеся в телах, будем называть свободными, если заряженные частицы могут перемещаться по всему объёму тела, и связанными, если они прочно связаны со своими атомами или молекулами.
Макроскопический заряд будем называть свободным, если состоит из свободных элементарных зарядов, и связанным, если он состоит из связанных элементарных зарядов.
С движением любого элементарного заряда связано наличие электромагнитного микрополя. Электрическое и магнитное поля, изучаемые электростатикой и макроскопической электродинамикой, являются усреднёнными: они представляют собой наложение (суперпозицию) микрополей, создаваемую большой совокупностью движущихся элементарных зарядов. Опыт показывает, что усреднённое электрическое поле может быть отлично от нуля не только тогда, когда его «источник» – макрозаряд неподвижен, но и тогда, когда он движется. Усреднённое магнитное поле отлично от нуля только тогда, когда создающий его макрозаряд находится в движении. Если макрозаряд неподвижен, то магнитные поля элементарных зарядов компенсируют друг друга, поэтому суммарное магнитное поле не обнаруживается, и наблюдаемые явления выглядят как «чисто» электрические.
Предметом электростатики является изучение взаимодействия макроскопических зарядов, находящихся в условии равновесия, а также свойств электрических полей, связанных с такими зарядами. Электрические поля, связанные с неподвижными зарядами, называются электростатическими, а электрические силы, характеризующие взаимодействие таких зарядов, – электростатическими или кулоновскими.
Источник: В.И. Барсуков "Физика. Электричество и магнетизм"