Elektrodinamika

Nema pregledanih verzija ove stranice, što znači da možda nije provjereno odgovara li standardima projekta.

Klasični elektromagnetizam ili klasična elektrodinamika je grana teorijske fizike koja proučava interakcije između električnih naboja i struja koristeći proširenje klasičnog Newtonovog modela; To je, dakle, klasična teorija polja. Teorija daje opis elektromagnetnih pojava kad god su relevantne skale dužine i jačine polja dovoljno velike da su kvantno-mehanički efekti zanemarljivi. Za male udaljenosti i male jačine polja, takve interakcije bolje opisuje kvantna elektrodinamika, što je kvantna teorija polja.

Fundamentalni fizički aspekti klasične elektrodinamike predstavljeni su u mnogim tekstovima, kao što su oni Richarda Feynmana, Roberta B. Leightona i Matthewa Sandsa,^[1] Davida J. Griffithsa,^[2] Wolfganga Panofskyja i Melbe Phillipsa,^[3] i Johna Jacksona.^[4]

Historija

Fizičke pojave koje opisuje elektromagnetizam proučavane su kao posebna polja još od antike. Na primjer, bilo je mnogo napretka u oblasti optike stoljećima prije nego što je svjetlost shvaćena kao elektromagnetski talas. Međutim, teorija elektromagnetizma, kako se trenutno razumije, izrasla je iz eksperimenata Michaela Faradaya koji sugeriraju postojanje elektromagnetnog polja i upotrebe diferencijalnih jednačina Jamesa Clerka Maxwella da ga opiše u svojoj Raspravi o elektricitetu i magnetizmu (1873). Razvoj elektromagnetizma u Evropi uključivao je razvoj metoda za mjerenje napona, struje, kapacitivnosti i otpora. Detaljne historijske izvještaje dali su Wolfgang Pauli,^[5] ET Whittaker,^[6] Abraham Pais,^[7] i Bruce Hunt.^[8]

Elektromagnetski talasi

Promjenjivo elektromagnetno polje širi se od svog porijekla u obliku talasa. Ovi talasi putuju u vakuumu brzinom svetlosti i postoje u širokom spektru talasnih dužina. Primjeri dinamičkih polja elektromagnetnog zračenja (navedeni u redu povećanja frekvencije): radio talasi, mikrotalasi, svjetlost (infracrvena, vidljiva svjetlost i ultraljubičasta), rendgenski i gama zraci. U polju fizike čestica, ovo elektromagnetno zračenje je manifestacija elektromagnetne interakcije između nabijenih čestica.

Opće jednačine polja

Koliko god Coulombova jednačina bila jednostavna i zadovoljavajuća, ona nije sasvim tačna u kontekstu klasičnog elektromagnetizma. Problemi nastaju jer promjene u distribuciji naboja zahtijevaju vrijeme različitu od nule da bi se "osjetilo" negdje drugdje (zahtjeva specijalna teorija relativnosti).

Za polja opštih distribucija naelektrisanja, retardirani (nazivaju se još i usporeni) potencijali se mogu izračunati i diferencirati u skladu sa tim da bi se dobile Jefimenkove jednačine.

Usporeni potencijali se također mogu izvesti za tačkasta naelektrisanja, a jednačine su poznate kao Liénard-Wiechert potencijali. Skalarni potencijal je:

$\varphi ={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {q}{\left|\mathbf {r} -\mathbf {r} _{q}(t_{\rm {ret}})\right|-{\frac {\mathbf {v} _{q}(t_{\rm {ret}})}{c}}\cdot (\mathbf {r} -\mathbf {r} _{q}(t_{\rm {ret}}))}}$

gdje je q naboj tačkastog naboja, a r pozicija. r_q i v_q su položaj i brzina naelektrisanja, respektivno, kao funkcija retardiranog (zakašnjelog) vremena. Potencijal vektora je sličan:

$\mathbf {A} ={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {q\mathbf {v} _{q}(t_{\rm {ret}})}{\left|\mathbf {r} -\mathbf {r} _{q}(t_{\rm {ret}})\right|-{\frac {\mathbf {v} _{q}(t_{\rm {ret}})}{c}}\cdot (\mathbf {r} -\mathbf {r} _{q}(t_{\rm {ret}}))}}.$

Oni se zatim mogu u skladu s tim diferencirati kako bi se dobile potpune jednadžbe polja za česticu koja se kreće.

Modeli

Grane klasičnog elektromagnetizma kao što su optika, elektrotehnika i elektronika sastoje se od zbirke relevantnih matematičkih modela različitih stupnjeva pojednostavljenja i idealizacije kako bi se poboljšalo razumijevanje specifičnih elektrodinamičkih pojava.^[9] Fenomen elektrodinamike određen je određenim poljima, specifičnim gustoćama električnih naboja i struja, te određenim prijenosnim medijem. Kako ih ima beskonačno mnogo, u modelarstvu postoji potreba za nekim tipičnim, reprezentativcem

(a) električna naelektrisanja i struje, npr. pokretna tačkasta naelektrisanja i električni i magnetni dipoli, električne struje u provodniku itd.;

(b) elektromagnetna polja, npr. naponi, Liénard-Wiechert potencijali, monohromatski ravni talasi, optički zraci; radio talasi, mikrotalasi, infracrveno zračenje, vidljiva svetlost, ultraljubičasto zračenje, rendgenski zraci, gama zraci itd.;

(c) prenosni mediji, npr. elektronske komponente, antene, elektromagnetni talasovodi, ravna ogledala, ogledala sa zakrivljenim površinama, konveksna sočiva, konkavna sočiva; Otpornici, induktori, kondenzatori, prekidači; žice, električni i optički kablovi, dalekovodi, integrisana kola itd.; od kojih svi imaju samo nekoliko varijabilnih karakteristika.

Također pogledajte

Reference

^ Feynman, R. P., R .B. Leighton, and M. Sands, 1965, The Feynman Lectures on Physics, Vol. II: the Electromagnetic Field, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts
^ Griffiths, David J. (2013). Introduction to Electrodynamics (4th izd.). Boston, Mas.: Pearson. ISBN 978-0321856562.
^ Panofsky, W. K., and M. Phillips, 1969, Classical Electricity and Magnetism, 2nd edition, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts
^ Jackson, John D. (1998). Classical Electrodynamics (3rd izd.). New York: Wiley. ISBN 978-0-471-30932-1.
^ Pauli, W., 1958, Theory of Relativity, Pergamon, London
^ Whittaker, E. T., 1960, History of the Theories of the Aether and Electricity, Harper Torchbooks, New York.
^ Pais, A., 1983, Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein, Oxford University Press, Oxford
^ Bruce J. Hunt (1991) The Maxwellians
^ Peierls, Rudolf. Model-making in physics, Contemporary Physics, Volume 21 (1), January 1980, 3-17.

[1] Feynman, R. P., R .B. Leighton, and M. Sands, 1965, The Feynman Lectures on Physics, Vol. II: the Electromagnetic Field, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts

[2] Griffiths, David J. (2013). Introduction to Electrodynamics (4th izd.). Boston, Mas.: Pearson. ISBN 978-0321856562.

[3] Panofsky, W. K., and M. Phillips, 1969, Classical Electricity and Magnetism, 2nd edition, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts

[Jack-4] Jackson, John D. (1998). Classical Electrodynamics (3rd izd.). New York: Wiley. ISBN 978-0-471-30932-1.

[5] Pauli, W., 1958, Theory of Relativity, Pergamon, London

[6] Whittaker, E. T., 1960, History of the Theories of the Aether and Electricity, Harper Torchbooks, New York.

[7] Pais, A., 1983, Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein, Oxford University Press, Oxford

[8] Bruce J. Hunt (1991) The Maxwellians

[9] Peierls, Rudolf. Model-making in physics, Contemporary Physics, Volume 21 (1), January 1980, 3-17.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]