Силы в электрических и магнитных полях

На точечный заряд в электрическом поле действует сила:

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru .

На непрерывно распределенный заряд:

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru ,

объемная плотность сил:

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru .

Объемные силы, действующие на диэлектрик – это сумма сил, действующих на диполи внутри диэлектрика.

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru - особенно для жидкостей и газов.

Под действием элементарных сил на малые объемы эти элементы сдвигаются в направление роста Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . На поверхности раздела сила всегда направлена в сторону диэлектрика с меньшим Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru .

Силы в магнитном поле: Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru , объемная плотность сил Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . У диамагнетиков Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru , поэтому сила направлена в сторону уменьшения магнитного поля.

Работа, которая совершается током, не является результатом превращения кинетической энергии электронов в другие виды энергии. Носитель энергии – не электроны, а поля. В частном случае джоулева тепла кинетическая энергия электрона не является промежуточной формой энергии.

Пусть Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru - объемная плотность тепловой мощности, выделяемой в проводнике. Покажем, что Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru : Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Джоулево тепло, выделяемое в объеме Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru , Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru .

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru , Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Получаем:

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Получаем 3 интеграла:

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru .

Окончательно получаем:

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru .

Здесь 1-я скобка – энергия поля (электрическое + магнитное), а производное – изменение этой энергии в объеме Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru .

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru , здесь Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru - вектор Умова-Пойнтинга, или же плотность потока.

Изменение энергии в объеме равно работе энергии тока проводимости и потоку энергии через Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru , которая ограничивает Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Работа, производимая в замкнутом объеме, совершается за счет потока энергии через поверхность, ограничивающую объем.

Для плоской волны, у которой Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru и Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru колеблются в фазе, в любой момент времени Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru , откуда можно получить вектор Умова-Пойнтинга. Рассмотрим в качестве примера отрезок проводника, по которому течет ток Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru :

Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Из закона полного тока можно получить поле на расстоянии Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru от центра: Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Тогда поток через поверхность цилиндра – это поток Умова-Пойнтинга. Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Это поток энергии, которая втекает в объем Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru через поверхность Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru . Т.е. энергия электромагнитного поля втекает в боковую поверхность проводника и выделяется в виде тепла Джоуля-Ленца. Если в пределах проводника действуют сторонние силы, то в замкнутой цепи постоянного тока энергия от участков, где действуют сторонние силы, Силы в электрических и магнитных полях - student2.ru передается другим участкам цепи не вдоль проводников, а через окружающее пространство в виде потоков энергии.

Как видно из рисунка, поток вектора Умова-Пойнтинга направлен вне провода.

Наши рекомендации