Trường điện từ

Trường điện từ (còn gọi là trường Maxwell) là một trong những trường của vật lý học. Nó là một dạng vật chất đặc trưng cho tương tác giữa các hạt mang điện. Trường điện từ cũng do các hạt mang điện sinh ra, và là trường thống nhất của điện trường và từ trường. Đặc trưng cho khả năng tương tác của trường điện từ là các đại lượng cường độ điện trường, độ điện dịch, cảm ứng từ và cường độ từ trường (thường được ký hiệu lần lượt là E, D, B và H).Lịch sửNăm 1865, nhà...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Trường điện từ Trường điện từ Điện từ học Điện học · Từ họcTrường điện từ (còn gọi là trường Maxwell) là một trong những trường của vật lý học.Nó là một dạng vật chất đặc trưng cho tương tác giữa các hạt mang điện. Trường điện từcũng do các hạt mang điện sinh ra, và là trường thống nhất của điện trường và từ trường.Đặc trưng cho khả năng tương tác của trường điện từ là các đại lượng cường độ điệntrường, độ điện dịch, cảm ứng từ và cường độ từ trường (thường được ký hiệu lần lượt làE, D, B và H).Lịch sửNăm 1865, nhà vật lý người Anh James Clerk Maxwell đã kết hợp các định luật về điệnvà từ đã biết để tạo ra lý thuyết Maxwell. Lý thuyết này dựa trên sự tồn tại của cáctrường, hiểu nôm na là môi trường truyền tác động từ nơi này đến nơi khác. Ông nhậnthấy rằng các trường truyền nhiễu loạn điện và từ là các thực thể động: chúng có thể daođộng và truyền trong không gian. Lý thuyết Maxwell có thể gộp lại vào hai phương trìnhmô tả động học của các trường này, gọi là các phương trình Maxwell. Dựa vào lý thuyếtnày, Maxwell đã đi đến một kết luận: tất cả các sóng điện từ đều truyền trong không gian(chân không) với một vận tốc không đổi bằng vận tốc ánh sáng.Các phương trình MaxwellĐể mô tả trường điện từ, Maxwell đã đưa ra những phương trình cơ bản tạo thành hệ cácphương trình Maxwell về trường điện từ.Phương trình Maxwell-FaradayPhương trình này diễn tả luận điểm thứ nhất của Maxwell về mối liên hệ giữa từ trườngbiến thiên và điện trường xoáy.Dạng vi phân:Dạng tích phân:Phương trình Maxwell-AmperePhương trình này diễn tả luận điểm thứ hai của Maxwell, theo đó điện trường biến thiêncũng sinh ra từ trường như dòng điện dẫn.Dạng vi phân:Dạng tích phân:Định lí Otrogradski - Gauss với điện trườngĐịnh lí này diễn tả tính không khép kín của các đường sức điện trường tĩnh, chúng luôntừ các điện tích dương đi ra và đi vào các điện tích âm.Dạng vi phân:Dạng tích phân:Định lí Otrogradski - Gauss với từ trườngĐịnh lí này diễn tả tính khép kín của các đường sức từ, theo đó từ trường là trường khôngcó nguồn.Dạng vi phân:Dạng tích phân:Năng lượngTrong khoảng không gian có trường điện từ thì cũng có năng lượng định xứ, với mật độ utính bằng: u = (E.D + B.H)/2Ở đây, E, D, B, H lần lượt là cường độ điện trường, độ điện dịch, cảm ứng từ và cườngđộ từ trường của điện từ trường. Như vậy trên thể tích V, tổng năng lượng điện từ là:Trong chân không, D = ε0E và B = μ0H với ε0 và μ0 lần lượt là hằng số điện môi chânkhông và hằng số từ môi chân không. Do đó, mật độ năng lượng điện từ trường trongchân không có thể rút gọn thành: u = (ε0|E|2 + μ0|H|2)/2Trong môi trường điện môi lý tưởng D = ε0εrE = εE và thuận từ hoặc nghịch từ lý tưởngB = μ0μrH = μH. Do đó, mật độ năng lượng điện từ trường trong các môi trường này cóthể rút gọn thành: u = (ε|E|2 + μ|H|2)/2Tính tương đốiTrường điện từ được sinh ra bởi các điện tích chuyển động và đứng yên. Tính chấtchuyển động hay đứng yên của các hạt mang điện hoàn toàn phụ thuộc vào hệ quy chiếu.Do đó, các tính chất của trường điện từ phụ thuộc hệ quy chiếu trong đó ta đứng yên đểquan sát chúng.Tương tácMột hạt mang điện tích q chuyển động với vận tốc v trong một điện từ trường, có cườngđộ điện trường E và cảm ứng từ B sẽ chịu lực tác dụng, F, gọi là lực Lorentz: