Номер 22.2, страница 112 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 22. Электромагнитные волны - номер 22.2, страница 112.

Условие.

22.2. Какова связь между электрическим и магнитным полями согласно теории Максвелла?

Решение.

Решение

Согласно теории Джеймса Клерка Максвелла, электрическое и магнитное поля не являются независимыми сущностями, а представляют собой две стороны единого целого — электромагнитного поля. Их связь является фундаментальной и проявляется в динамических процессах, то есть когда поля изменяются во времени.

Эта взаимосвязь описывается двумя ключевыми положениями, которые являются ядром уравнений Максвелла:

1. Переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Это явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея. Если магнитный поток, пронизывающий некоторую поверхность, изменяется со временем, то вдоль контура, ограничивающего эту поверхность, возникает электрическое поле. В отличие от поля, создаваемого статическими зарядами, это электрическое поле не является потенциальным (его силовые линии замкнуты). Математически это выражается как: $ \nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} $, где $ \vec{E} $ — напряженность электрического поля, а $ \vec{B} $ — индукция магнитного поля.

2. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. Движущиеся заряды (электрический ток) также являются источником магнитного поля, что было известно и до Максвелла. Однако Максвелл сделал гениальное предположение, что изменяющееся во времени электрическое поле тоже создает магнитное поле, введя понятие тока смещения. Это обобщенный закон Ампера (или закон полного тока). Математически это записывается так: $ \nabla \times \vec{B} = \mu_0 \left( \vec{j} + \epsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \right) $, где $ \vec{j} $ — плотность тока проводимости, $ \epsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} $ — плотность тока смещения, $ \epsilon_0 $ — электрическая постоянная, $ \mu_0 $ — магнитная постоянная.

Таким образом, связь между полями является двусторонней и неразрывной: изменение одного поля во времени и пространстве неизбежно приводит к возникновению другого. Этот процесс взаимного порождения полей лежит в основе существования электромагнитных волн (включая видимый свет), которые могут распространяться в пространстве даже в отсутствие зарядов и токов, перенося энергию и импульс.

Ответ: Согласно теории Максвелла, электрическое и магнитное поля — это взаимосвязанные компоненты единого электромагнитного поля. Их связь проявляется в том, что любое изменение магнитного поля во времени порождает вихревое электрическое поле, а любое изменение электрического поля во времени (а также электрический ток) порождает вихревое магнитное поле. Этот процесс взаимного порождения полей обеспечивает существование и распространение электромагнитных волн.