Пондеромоторные силы в электродинамике - силы, действующие на тела в электрич. и магн.
полях. Термин "П. с." введён во времена, когда наряду с весомыми телами признавалось
существование невесомых субстанций (эфир, электрич. жидкость и т. п.); в совр.
лексиконе иногда говорят просто об эл--магн. силах.
Плотность П. с. связана с тензором напряжений (см. Напряжение механическое)соотношением
где-
i-я компонента плотности П. с., =
пространственные координаты (г, k - 1, 2, 3). В электрич. поле П. с.
действуют как на проводящие, так и на ди-электрич. тела. Для изотропной жидкой
диэлектрич. среды
где
- диэлектрич. проницаемость, -
плотность среды, -
плотность сторонних зарядов (здесь и далее используется гауссова система единиц).
Последний член описывает силы, действующие на сторонние заряды в диэлектрике.
Наиб. простой вид плотность объёмных П. с. имеет в газе, где e пропорциональна
В случае металлов в электростатич. поле П. с.
действуют только на их поверхность, создавая "отрицательное" давление,
равное где
- поле на
поверхности проводника (ортогональное ей). В случае твёрдого диэлектрика ф-лы
для П. с. имеют более сложный вид, поскольку в (1) необходимо добавить члены,
связанные с изменением тензора диэлектрич. проницаемости под действием деформаций
сдвига, не изменяющих плотность тела. Кроме того, в кристаллах ряда низко-симметрич.
кристаллич. классов - пьезоэлектриках - возникают напряжения, пропорциональные
не второй, а первой степени электрич. поля.
Объёмные интегралы, определяющие полную силу
и момент силдействующие
на тело в целом, можно свести к интегралам по поверхностиохватывающей
это тело:
где -
диэлектрич. проницаемость внеш. (однородной) среды, -
радиус-вектор и внеш. нормаль к элементу поверхности. Эти силы, в частности,
приводят к втягиванию диэлектрика в области с большими значениями Е.
Аналогично случаю электрич. поля на тело с магнитной
проницаемостьюдействует
сила со стороны магн. поля с объёмной плотностью
Первые два члена связаны с воздействием непосредственно
на магнетик, последний член - с силами, действующими на токи проводимости и
токи, связанные с перемещением сторонних зарядов. В случаеэтот
член оказывается основным и сила, действующая на
проводник с током, равна
Эта ф-ла применима как к жидким, так и к твёрдым
проводникам. Если принять, что ток протекает по линейному (т. е. тонкому) проводнику,
а магн. поле
создаётся др. линейными проводниками с током, то из (4) следует Био -
Савара закон. В общем случае ф-ла (4) определяет также "внутренние"
силы, с к-рыми разл. участки проводника воздействуют друг на друга. Так, на
катушку с током действуют П. с., сжимающие её вдоль оси и растягивающие в радиальном
направлении, что, в частности, затрудняет получение сильных магн. полей из-за
ограниченной механич. прочности катушки.
П. с. часто удобнее вычислять, используя закон
сохранения энергии для системы тел с учётом нолей. Под действием П. с. происходит
деформация тел - электро-стрикция и магнитострикция ,поэтому для
вычисления равновесных состояний необходимо учитывать и силы упругости, возникающие
при такой деформации.
В перем. эл--магн. поле объёмная плотность П. с. отличается от суммы выражений (1) и (2) дополнит. слагаемым называемым силой Абрагама. Одной из разновидностей П. с. являются силы давления эл--магн. волн (передача импульса и момента импульса телу при поглощении, отражении и преломлении эл--магн. волн), в частности давление света и Садовского эффект.
А. Н. Васильев