Потенциал электромагнитного поля вдали от излучателей в дипольном приближении
Ещё более упростить формулы для потенциалов можно, используя для приближение:
( )
При этом полное время запаздывания слагается из двух частей: Первая, , называемая временем запаздывания системы, представляет время распространения электромагнитного поля от начала координат до точки наблюдения. Вторая,
, называемая собственным запаздыванием – это время, требующееся для распространения поля, в пределах системы. По порядку величины
,так что при
собственное запаздывание
.
В принципе, плотность заряда можно разложить по малому параметру :
( )
При этом, однако, не должна являться быстро изменяющийся функцией своего аргумента, т.е. за врем
я конфигурация зарядов в системе не должно успеть сильно измениться. За время
заряды проходят путь
.Если этот путь мал по сравнению с размерами системы, то есть
или
( )
то разложение ( ) правомерно.
Подставляя тогда ( ) в ( ) и ограничившись членами разложения с наименьшими степенями получим
где .Слагаемое
мало по сравнению с
на достаточно большом удалении от системы.
Т.к. в формуле все величины берутся в один и тот же момент времени, то - это просто полный заряд системы в момент времени
. Для электронейтральной системы он равен нулю. В этом случае
( )
Воспользовавшись уравнением непрерывности перепишем интеграл в правой части
Последний интеграл удобно вычислить в координатном представлении
где и
– границы области движения зарядов, на которой плотность тока обращается в ноль.
В векторном виде будем иметь
( )
Подставляя ( ) в ( ) находим
( )
Аналогично, для потенциала получаем
( )
Так что
( )
Введем понятие дипольного момента системы зарядов:
( )
Например, для системы состоящей из двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов, , именуемой диполем
Теперь, используя определение ( ), мы видим, что
Здесь мы учили, что - переменная интегрирования, независимая от
. Следовательно
( )
( )
Итак, в рассматриваемом приближении потенциалы поля вдали от системы определяются значением производной по времени от её дипольного момента. Поэтому такое приближение называется дипольным. Оно применимо при выполнении условия ( ).
Легко проверить, что в этом приближении потенциалы удовлетворяет калибровке Лоренца
Смысл полученных результатов прост: при движении зарядов в системе (изменений её дипольного момента) в окружающим пространстве возникает электромагнитном поле.
Потенциалы этого поля убывает по закону , в то время как потенциалы электростатического поля по закону
.
Система неравномерного движущихся зарядов является излучателем.