Главная > Теоретическая физика. Т. VIII. Электродинамика сплошных сред
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

ГЛАВА VII. КВАЗИСТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

§ 58. Уравнения квазистационарного поля

До сих пор мы рассматривали постоянные электрические и магнитные поля, а уравнение Максвелла

применялось (в § 31) лишь со вспомогательной целью при выводе выражения для энергии магнитного поля.

Характер переменных электромагнитных полей в материальных средах существенно зависит от рода этих сред и от порядка величины частоты поля. В этом параграфе мы рассмотрим явления, происходящие в массивных проводниках, помещенных во внешнее переменное магнитное поле. Мы будем предполагать при этом, что скорость изменения поля не слишком велика, будучи ограничена рядом условий, сформулированных ниже. Электромагнитные поля и токи, удовлетворяющие этим условиям, называют квазистационарными.

Прежде всего, будем считать, что длина волны , соответствующая (в пустоте или диэлектрической среде, окружающей проводник) частоте поля со, велика по сравнению с размерами тела l:

Тогда распределение магнитного поля вне проводника в каждый момент времени можно описывать уравнениями статического поля

пренебрегая всеми эффектами, связанными с конечностью скорости распространения электромагнитных возмущений. Разумеется, такое пренебрежение возможно лишь на не слишком больших малых по сравнению с ) расстояниях от тела (что во всяком случае достаточно для целей определения поля внутри него).

Полная же система уравнений поля внутри проводника складывается из уравнения (58,1) и уравнений

(в электрически анизотропном не кубическом кристалле надо писать ).

Второе из этих уравнений было выведено, строго говоря, для постоянных токов и магнитных полей. Поэтому необходимо указать критерий, позволяющий с достаточной точностью использовать это уравнение для переменных полей. В уравнении (58,4) существенно, что связь тока с напряженностью электрического поля дается соотношением с постоянным значением а, относящимся к стационарному случаю. Это имеет место, если период изменения поля велик по сравнению с временами, характерными для микроскопического механизма проводимости. Другими словами, частота поля должна быть мала по сравнению с обратным временем свободного пробега электронов в проводнике. Для типичных металлов (при комнатной температуре) предельные допускаемые этим условием частоты лежат в инфракрасной области спектра.

Кроме того, однако, есть и другое условие, ограничивающее в данном случае применимость уравнений. Уравнение (58,4) подразумевает, что связь между током и полем является локальной, т. е. что плотность тока в некоторой точке проводника определяется значением поля только в этой точке. Это, в свою очередь, предполагает малость длин свободного пробега электронов по сравнению с расстояниями, на которых заметно меняется поле. К этому условию мы еще вернемся в § 59.

В уравнениях (58,1) и (58,4) Е есть напряженность индукционного электрического поля, возникающего благодаря переменности магнитного поля. По известному Н поле Е определяется непосредственно уравнением (58,4). Уравнение же для Н получается путем исключения Е из (58,1) и (58,4):

В однородной среде с постоянными проводимостью о и магнитной проницаемостью множитель можно вынести из-под знака , а согласно (58,3) имеем . Поэтому , и мы получаем уравнение

Вместе с уравнением оно составляет полную систему, достаточную для определения магнитного поля. Отметим, что уравнение (58,6) имеет вид уравнения теплопроводности, причем роль «коэффициента температуропроводности» играет .

Граничные условия для магнитного поля на поверхности проводника очевидны из вида самих уравнений и по-прежнему гласят:

Выражение в правой части уравнения (58,4) не влияет на второе из этих условий в силу своей ограниченности. При можно написать просто

В силу уравнения (58,4) имеем граничное условие к последнему уравнению: на поверхности проводника. В электрически изотропном проводнике отсюда следует (в силу ), что на границе и где индекс отличает поле внутри проводника (в общем же случае анизотропного проводника нормальная компонента поля в нем на границе, вообще говоря, отлична от нуля).

Граничное условие (58,8) недостаточно для полной формулировки задачи, если проводник представляет собой составное тело, состоящее из участков с различными проводимостями. На границах раздела этих участков наряду с непрерывностью Н необходимо учесть также и условие непрерывности ; для магнитного поля это условие означает, что

Предположим, что проводник помещен в магнитное поле, источники которого в некоторый момент времени выключаются. Поле в проводнике (и вокруг него) не исчезнет при этом мгновенно, а ход его затухания со временем определяется уравнением (58,6). Для решения такого рода задач надо, следуя общим методам математической физики, поступить следующим образом. Ищем решения уравнения (58,6), имеющие вид

с постоянными . Для функций , получим уравнения

(58,10)

При заданной форме проводника эти уравнения имеют отличные от нуля решения (удовлетворяющие необходимым граничным условиям) лишь при определенных составляющих набор его собственных значений. Все эти значения вещественны и положительны, а соответствующие им функции составляют полную систему взаимно ортогональных векторных функций. Пусть распределение поля в начальный момент времени дается функцией . Разлагая ее по системе функций

мы получим решение поставленной задачи о затухании поля в виде . (58,11)

Скорость затухания поля определяется в основном тем членом этой суммы, который соответствует наименьшему из пусть это будет Время затухания поля можно определить как Порядок величины этого времени очевиден из самого уравнения (58,10). Поскольку размеры проводника), то

(58,12)

1
Оглавление
email@scask.ru