不同电场的影响

麦克斯韦的预测变化的电场产生磁场是纯理论的主线。的麦克斯韦方程为电磁场统一迄今为止知道的所有电和磁性并预测电磁现象的存在可以作为波的旅行速度的1 /√√ε₀μ₀在真空中。速度,这是基于常数从纯电动测量,获得对应的光的速度。因此,麦克斯韦认为光本身是一种电磁现象。之后,爱因斯坦的狭义相对论理论假定光速的价值是独立的运动的来源光。从那时起,光的速度与提高测量精度。在1983年,它被定义为299792458米/秒。一起铯钟,它被用来定义第二个,光速是长度的新标准。

的电路在图6的一个例子吗磁场产生的变化电场。一个电容器与平行板被指控以恒定速率通过长期稳定的电流,直接领导图6。

目标是适用安培全电流定律磁场的路径P,绕着电线图6。本法(为了纪念法国物理学家Andre-Marie安培可以来源于)毕奥萨伐尔方程电流产生的磁场。使用向量微积分符号,安培定律的积分∮B·dl沿着一个封闭的路径周围的电流我等于μ₀我。(积分本质上是一个总和,在这种情况下,∮B·dl的总和Bcosθ戴斯。莱纳姆:了一小段路,直到完成循环。在每一段的路戴斯。莱纳姆:,θ之间的角度场B和dl)。当前的我在安培定律通量的电流密度J通过任何表面被封闭的路径。在图6,封闭路径P标记,一个表面₁周围是路径p .电流密度通过年代吗₁在导线。电流密度是当前的总通量我流经导线。表面的结果₁的值反映了该地区周围的磁场线的路径p图6 b路径P是相同的,但表面₂通过两个板块之间的电容。的价值电流密度的总通量的表面也应该我。然而,显然没有运动负责在整个表面₂。困境是∮积分的值B·dl路径P不能μ₀我和零。

麦克斯韦的解决这个难题是他的结论是,必须有其他类型的电流密度,叫做位移电流J_d,总通量表面₂将当前的一样吗我通过表面的年代₁。J_d,表面的年代吗₂电流密度的地方J与运动相关的,因为J显然是零费用由于缺乏板块之间的电容。虽然当前板块之间发生什么我流动?因为电容上的电荷量增加了随着时间的推移,板块之间的电场随时间增加。如果当前的停止,板块之间存在电场只要盘子是带电的,但是没有磁场线。麦克斯韦认为新型的电流密度与电场的变化有关。他发现在哪里D=ε₀E和E板块之间的电场。在存在问题的情况下,D在方程(6)是包括修改极化效果;结果是D=ε₀E+P。这个领域D以库仑每平方米。添加位移电流安培定律代表麦克斯韦预测变化的电场也可以是一个来源的磁场B。麦克斯韦电磁波的预言后,德国物理学家海因里希。赫兹发起的时代广播通信1887年通过生成和检测电磁波。

使用向量微积分符号,四个方程麦克斯韦的电磁理论在哪里D=ε₀E+P,H=B/μ₀−米。第一个方程是基于库仑平方反比定律为力两个电荷之间;这是一种高斯定律,这与电场通过封闭曲面的通量的总电荷封闭曲面。第二个方程是基于事实,显然没有磁单极子存在于自然;如果他们做了,他们会点磁场的来源。第三个是声明的法拉第定律磁感应,这表明一个变化的磁场产生电场。第四个是安培定律为延长麦克斯韦包括上述位移电流;同事一个磁场变化的电场和电流。

麦克斯韦的四个方程表示的完整描述经典的电磁理论。他的发现光是一种电磁波意味着光学可以理解为电磁学的一部分。只有在微观情况下有必要修改包括麦克斯韦方程量子效果。修改,被称为量子电动力学(QED),占精度的某些原子属性在一定程度上超过1亿年的一个部分。

有时有必要保护设备免受外部电磁场。对于静电场,这是一件简单的事;设备周围是一个盾好做的导体(例如,铜)。从稳定的磁场屏蔽装置更加困难,因为材料无限磁磁导率μ不存在;例如,一个空心盾的柔软铁将减少内部的磁场在相当大的程度上,但不完全。有时候可以添加一个字段相反的方向产生一个非常低的领域的区域,然后使用其他材料具有高屏蔽μ。在电磁波的情况下,渗透物质波的变化,取决于的频率辐射和电导电率的媒介。的皮肤深度δ(这是在导电介质的距离遍历对于一个振幅下降1 /e,约1/3)

在高频率,皮肤深度很小。因此,通过海水传递电子信息,例如,一个非常低的频率必须使用信号得到一个合理的分数远低于表面。

金属盾牌可以有一些洞,仍然是有效的。例如,一个典型的微波炉有一个2.5兆赫的频率,它对应于一个波长约12厘米的电磁波在烤箱。金属屏蔽门上有小洞直径约2毫米;保护工作,因为的波长微波辐射远远大于大小的洞。另一方面,相同的保护不是有效辐射的波长要短得多。可见光在盾牌,穿过洞就是明证,可以看到在一个微波炉的时候门是关闭的。