§ 113. Картина электромагнитного поля
Рассмотренные в двух предыдущих параграфах уравнения
носят название уравнений Максвелла. Эти уравнения кратко выражают совокупность наших сведений об электромагнитном поле.
Уравнения Максвелла нельзя вывести» Предыдущие два параграфа являются не выводом, а лишь показом догадок, приведших Максвелла к его открытию.
Огромный класс явлений, интересующих физиков, электротехников и радиотехников, подчиняется уравнениям Максвелла. Правила, которым подчиняются эти явления, представляют собой следствия уравнений Максвелла и могут быть выведены из них.
Исключительная предсказательная ценность уравнений Максвелла ставит их в ряд с немногими великими законами природы, такими, как уравнения механики Ньютона или начала термодинамики.
В нашу задачу не входит описание математических способов решения уравнений Максвелла. Оказывается возможным преобразовать записанные выше интегральные уравнения в дифференциальные. Решая дифференциальные уравнения Максвелла, можно в принципе найти электромагнитное поле для заданного распределения зарядов и токов.
Мы остановимся еще раз на физической сущности электромагнитных явлений, передаваемой уравнениями Максвелла. Она сводится к следующему.
Разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное имеет лишь относительный смысл. Если с точки зрения одной инерциальной системы координат существует лишь магнитное поле, то с точки зрения системы, движущейся по отношению к первой, наряду с магнитным полем имеется и электрическое. Справедливо и обратное: если наблюдатель одной системы устанавливает наличие одного лишь электрического поля, то наблюдатель другой инерциальной системы установит существование как электрического, так и магнитного поля.
Рассмотрим теперь электромагнитное поле, каким оно нам представится с точки зрения какой-либо инерциальной системы отсчета. Остановим сначала свое внимание на области пространства, где отсутствуют свободные электрические заряды и, следовательно, токи проводимости. Уравнения Максвелла имеют в этом случае вид
Оба поля, магнитное и электрическое, имеют чисто вихревой характер: силовые линии замкнуты и притом взаимно переплетены, электрические линии обворачиваются около магнитных, а магнитные — около электрических.
Рис. 128.
Некоторое представление о характере электромагнитного поля может быть дано изображением его в виде цепочки колец — чередующихся замкнутых магнитных и электрических силовых линий (рис. 128). Цепочка существует только в том случае, если поле — переменное. Нарастающий кольцевой магнитный поток создает вокруг себя электрический, кольцевой поток. Изменение электрического поля приводит к созданию кольцевого магнитного потока и т. д.
Если же в рассматриваемой области пространства имеются заряды и токи, то наряду с вихревыми полями со сцепленными линиями мы обнаружим вихревое магнитное поле, линии которого замкнуты около токов, и потенциальное электрическое поле, линии которого начинаются в положительных и кончаются в отрицательных зарядах.
