ВВЕДЕНИЕ

Все развитие учения об электрических и магнитных явлениях приводит к выводу о реальном существовании электромагнитного поля. Электромагнитное поле есть вид материи и характеризуется тем, что действует на находящиеся в нем неподвижные и движущиеся заряды с некоторыми силами. В зависимости от того, как проявляется действие электромагнитного поля, электромагнитное поле условно может рассматриваться как магнитное, действующее только на движущиеся в данной системе отсчета заряды, или как электрическое, действующее на покоящиеся в данной системе отсчета заряды. Конечно, это не означает, что электрическое поле не действует на движущиеся заряды.

Разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное относительно и зависит от выбора системы отсчета. Поэтому в общем случае правильнее говорить об едином электромагнитном поле.

Электрические заряды являются свойством другого вида материи — вещества или частиц. Всякий движущийся заряд (заряженная частица) окружен электромагнитным полем. Заряд, покоящийся в данной системе отсчета, связан только с электрическим полем. Существует и свободное электромагнитное поле, не связанное с зарядами, — так называемые электромагнитные волны. Свободное поле в любой системе отсчета состоит из электрической и магнитной составляющих поля и распространяется в вакууме со скоростью с

Скорость распространения электромагнитного поля в вакууме всегда одна и та же и не зависит от равномерного и прямолинейного движения системы отсчета.

Электрические заряды имеют атомистическую структуру. Опыт показывает, что. все так называемые "элементарные" заряженные частицы (электроны, позитроны, протоны и т. д.) имеют заряд где СГСе единиц. Заряд частицы распределен в малом объеме. В большинстве случаев заряды элементарных частиц можно считать точечными. Говорят, что заряды дискретны.

В отличие от зарядов, электромагнитное поле распределено в пространстве непрерывно. В этом состоит одно из существенных отличий доля от частиц в классической (не квантовой) физике.

По современным представлениям частицы обладают непрерывными ("волновыми") свойствами и, обратно, поле обладает дискретными свойствами. Эти новые "квантовые" свойства поля и частиц не входят в область явлений, изучаемых классической электродинамикой, и нами рассматриваться не будут. В классической теории движение частиц характеризуется уравнениями движения Ньютона. Свойства поля характеризуются уравнениями поля. Уравнения поля в вакууме называются уравнениями Максвелла — Лоренца.

В основе уравнений поля лежит сформулированный Фарадеем принцип близкодействия, который в современной формулировке гласит:

а) электромагнитное поле в данной точке пространства в данный момент времени определяется значениями поля в бесконечно близких точках пространства в бесконечно близкие предшествующие моменты времени;

б) сила, с которой электромагнитное поле действует в данный момент времени на заряд, находящийся в данной точке пространства, определяется значением поля в этот момент в данной точке и скоростью заряда в этот момент.

Из принципа близкодействия вытекает, что электромагнитное поле должно характеризоваться дифференциальными уравнениями в частных производных.

Заметим, что уравнения поля, как и уравнения движения частиц» известны лишь приближенно. Разделение материи на два вида (частицы и поле) весьма условно и основано на том, что оба вида материи сравнительно слабо взаимодействуют друг с другом. Поэтому возможно изучение частиц независимо от поля (механика) и изучение поля независимо (или почти независимо) от частиц (электродинамика).

Уравнения движения и уравнения поля характеризуют два вида единой материи. Это наводит на мысль, что и те и другие уравнения являются лишь частными случаями общих уравнений движения единой материи (уравнений будущей квантовой теории материи). Поэтому выявление особых свойств у одного из видов материи, например у поля, заставляет искать эти же свойства у второго вида (частиц) и изменять уравнения их движения так, чтобы включить вновь открытые свойства.

Развитие учения о движении частиц и поля именно так и происходило, хотя необходимость подобной связи частиц и поля была понята лишь после установления материальности поля. Движение частиц, как показывает механика, подчиняется законам сохранения энергии, импульса (количества движения) и момента импульса. Поскольку электромагнитное поле есть вид материи, оно также должно обладать энергией, импульсом, моментом импульса. Законы сохранения, имеющие место для частиц, должны иметь место и для поля. Специфика поля, заключающаяся в его непрерывности, приводит к тому, что законы сохранения для поля принимают более сложную математическую структуру. Кроме "механических" законов сохранения,

в электродинамике мы встречаемся еще с законом сохранения электрического заряда.

Электромагнитное поле, связанное с отдельными заряженными частицами, называется микроскопическим. Поле, существующее в присутствии макроскопического вещества, называется макроскопическим.

Микроскопическое поле характеризуется векторами напряженности поля. Вектор напряженности электрического поля и вектор напряженности магнитного поля подчиняются уравнениям Максвелла — Лоренца.

Обоснование уравнений поля можно выполнить различными способами в зависимости от выбора системы основных опытных фактов. В настоящем курсе за основу взяты силы, действующие на квазиточечный заряд в электрическом и магнитном полях, и выражения для напряженностей, электромагнитного поля, создаваемого медленно движущимся квазиточечным зарядом.