Електромагнітне поле — це поле, яке описує електромагнітну взаємодію між фізичними тілами.Розділ фізики, який вивчає електромагнітне поле, називається електродинамікою. Постійні електричні поля вивчаються електростатикою, а галузь фізики, яка досліджує постійні магнітні поля називається магнетизмом.
Кількісні характеристики
Електромагнітне поле характеризується векторними величинами напруженістю електричного поля , вектором електричної індукції , вектором магнітної індукції йнапруженістю магнітного поля .
У вакуумі [1]
,
У середовищі ці співвідношення несправедливі через процеси поляризації та намагнічування. В загальному випадку
,
,
де — вектор поляризації, а — вектор намагніченості.
Конкретний зв'язок між цими величинами визначається фізичними процесами, які відбувається в середовищі й описується формулами, які називаються матеріальними співвідношеннями.
Наприклад для однорідних ізотропних середовищ при слабких полях і без врахування запізнення й просторової дисперсії матеріальні співвідношення записуються:
У теорії відносності електромагнітне поле описується 4-тензором електромагнітного поля.
Дія на фізичні тіла
Електромагнітне поле, яке породжується зарядами й струмами, діє на заряди й струми в фізичних тілах.
Сила, з якою електромагнітне поле діє на заряджену частку називається силою Лоренца.
Електромагнітне поле взаємодіє також через свою магнітну складову із спінами часток.
Енергія електромагнітного поля
Електромагнітне поле може виконувати роботу з переміщення зарядів й обертання магнітних моментів, а отже має потенціальну енергію. Енергія електромагнітного поля W визначається формулою
,
де інтегрування проводиться по всьому простору.
Зміна енергії електромагнітного поля з часом підпорядковується рівнянню неперервності
,
де - вектор Пойнтінга, що описує потік електромагнітного поля.
Магні́тне по́ле — складова електромагнітного поля, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.
Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.
Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.
Магнітне поле є векторним полем, тобто з кожною точкою простору пов'язаний вектор магнітної індукції який характеризує величину і напрям магнітого поля у цій точці і може мінятися з плином часу. Поряд з вектором магнітної індукції , магнітне поле також описується вектором напруженості .
У вакуумі ці вектори пропорційні між собою:
,
де k - константа, що залежить від вибору системи одиниць.
В системі СІ, - так званій магнітній проникності вакууму. Деякі системи одиниць, наприклад СГСГ, побудовані так, щоб вектори індукції та напруженості магнітного поля тотожно дорівнювали один одному: .
Однак у середовищі ці вектори є різними: вектор напруженості описує лише магнітне поле створене рухомими зарядами (струмами) ігноруючи поле створене середовищем, тоді як вектор індукції враховує ще й вплив середовища:
[1]
де - вектор намагніченості середовища.
Енергія магнітного поля
Енергія магнітного поля в просторі задається формулою
.
Відповідно, густина енергії магнітного поля дорівнює
.
Енергія магнітного поля провідника зі струмом дорівнює:
,
де - сила струму, а - індуктивність, що залежить від форми провідника.
Закон збереження електричного заряду
Неперевірена версія
Закон збереження електричного заряду — один із фундаментальних законів фізики. Він полягає в тому, що повний заряд (алгебраїчна сума зарядів) ізольованої замкнутої фізичної системи тіл залишається незмінним при будь-яких процесах, які відбуваються всередині цієї системи.
Для неізольованих систем закон збереження заряду набирає вигляду рівняння неперервності
,
де - густина заряду, - густина струму.
Це математичний запис твердження, що зміна густини заряду в достатньо малому об'ємі дорівнює потоку заряду через поверхню цього об'єму (в диференційній формі).