Електродинамиката е дял от теоретичната физика, който изучава електромагнитното поле, зависещо от времето, и неговото взаимодействие с тела, имащи електричен заряд.
Предметът на електродинамиката включва връзката между електрически и магнитни явления, електромагнитно излъчване (в различни условия, както свободно, така и в различни случаи на взаимодействие с материята), електрически ток (най-общо казано, променлив) и неговото взаимодействие с електромагнитно поле (електрическият ток може да се разглежда при това като набор от движещи се заредени частици). Всяко електрическо и магнитно взаимодействие между заредени тела се разглежда в съвременната физика като осъществяващо се с помощта на електромагнитно поле и следователно също е предмет на електродинамиката.
В зависимост от условията, в които се намират разглежданите тела, се разделя на класическа електродинамика и квантова електродинамика.
Въздействие на ел. поле на заряди спрямо:
|
заряд Q
|
затворен контур C
|
затворена повърхнина S
|
затворен контур C
|
затворена повърхнина S
|
Величина
|
|
,
|
|
,
|
|
Първа производна
|
|
,
|
|
,
|
|
Втора производна
|
|
,
|
|
,
|
|
Символ
|
Значение
|
Измерителна единица в СИ
|
|
Интензитет (напрегнатост) на електричното поле
|
волт на метър
|
|
Интензитет (напрегнатост) на магнитното поле
|
ампер на метър
|
|
Електрична индукция (плътност на електрическия поток)
|
кулон на квадратен метър
|
|
Магнитна индукция (плътност на магнитния поток)
|
, или
тèсла, вебер на квадратен метър или Нютон/(Ампер.метър)
|
|
Плътност на свободните електрични заряди (не се включват свързаните диполни двойки)
|
кулон на кубически метър
|
,
|
Плътност на електрическия ток (не включва поляризационните токове и токовете на намагнитване в средата)
|
ампер на квадратен метър
|
,
|
Плътност на магнитния ток (не включва поляризационните токове и токовете на намагнитване в средата)
|
ампер на квадратен метър
|
|
Диференциален вектор, равен по дължина на площта на пренебрежимо малка област → , с посока по нормалата към повърхността на тази област
|
квадратен метър
|
|
Диференциален елемент от обема V заграден от повърхност S
|
кубически метър
|
|
Диференциален вектор на елемента от пътя, с посока по тангентата към затворен контур C, заграждащ площ S
|
метър
|
|
Дивергенция
|
единица на метър
|
|
Ротация или завихряне
|
единица на метър
|
|
Градиент
|
единица на метър
|
Основните зависимости в електродинамиката се определят от четирите уравнения на Максуел:
№
|
Наименование
|
Диференциална форма
|
Интегрална форма
|
1
|
Закон на Ампер– (в разширения от Максуел вариант):
|
|
|
2
|
Закон на Фарадей
за промяна на магнитната индукция
|
|
|
3
|
Закон на Гаус за
потока на електричната индукция
|
|
|
4
|
Закон на Гаус за потока на магнитната индукция
|
|
|
1. Закон на Ампер-Максуел (закон на Ампер за пълния ток).
Циркулацията на вектора на напрегнатостта на магнитното поле по затворен контур е равна на пълния ток, преминаващ през произволна повърхнина, ограничена от контура:
-
Максуел полага, че величината има смисъла на плътност на ток , протичащ през останалата част от затворената повърхност извън областта L, който нарича ток на сместване. С него се обяснява пренасянето на електрична енергия през непроводящи среди чрез изменение на електричното поле във времето. Пълният ток е сума от тока на проводимост и тока на сместване : . Плътността на тока на проводимост е
Законът на Ампер-Максуел в интегрална форма може да се запише и чрез магнитната индукция :
-
Тъй като законът важи за всяка повърхност, ако тя е безкрайно малка, като се разделят двете страни на горните равенства на и се намери граничният преход на лявата част при → , получава се първото уравнение на Максуел в диференциална форма:
-
или:
-
2. Закон на Фарадей за промяна на магнитната индукция. Електродвижещото напрежение по затворен контур е равно на скоростта на изменение на магнитния поток (промяната на магнитната индукция) през заградената от този контур площ със знак минус:
- ,
където e магнитният поток през областта с площ .
Тъй като законът важи за всяка повърхност, ако тя е безкрайно малка, като се разделят двете страни на горното равенство на и се намери граничният преход на лявата част при → , получава се второто уравнение на Максуел в диференциална форма:
- или
- .
3. Закон на Гаус за потока на електричната индукция. Потокът на електричната индукция през затворена повърхност е равен на обемната плътност на свободните заряди в обема, заграден от повърхността:
- или
- .
При безкрайно малка повърхност → аналогично се получава третото уравнение на Максуел в диференциален вид:
- и или
- и .
Ако средата е идеален диелектрик, няма свободни заряди, обемната им плътност и записите на теоремата на Гаус добиват вида:
- и или
- и .
Това означава, че силовите линии на електрическото поле в идеален диелектрик са непрекъснати.
4. Закон на Гаус за потока на магнитната индукция. Потокът на магнитната индукция през затворена повърхност е равен на нула.
-
При безкрайно малка повърхност → аналогично се получава четвъртото уравнение на Максуел в диференциален вид:
- и , или
- и .
Следователно, силовите линии на магнитното поле винаги са непрекъснати.