Из определения напряжённости электрического поля Е и индукции магнитного поля В следует выражение для работы р, совершаемой над движущимися зарядами в единичном объёме в единицу времени:
где 
- вектор плотности электрического
тока; uα - скорость распределённого пространственного заряда сорта α,
имеющего плотность ρα; суммирование производится по всем сортам
пространственных зарядов (электронные заряды в металлах и вакууме, ионные заряды в газах и электролитах; связанные
пространственные заряды, входящие в состав нейтральных молекул диэлектриков и магнетиков, и т. д.), участвующих во
взаимодействии с электромагнитн. полем.
Формально из Максвелла уравнений, применённых к вакууму ( E = D, В = Н - математиками используется Гаусса система единиц ), связывающих векторы электромагнитного поля Е, D, Н, В с плотностями электрических зарядов ρ и токов j, следует соотношение
(Пойнтинга теорема), где скалярная величина
интерпретируется как плотность энергии электромагнитного поля, вектор
- как плотность потока энергии электромагнитного поля (Умова - Пойнтинга вектор. При этом уравнение (2) приобретает смысл закона изменения энергии электромагнитного поля. Интегрирование уравнения (2) по произвольному объёму V даёт
где -энергия электромагнитного поля в объёме
V; 
- поток
Энергия электромагнитного поля, вытекающая из объёма V через
ограничивающую его поверхность S; n - наружная
нормаль к поверхности; 
-мощность, развиваемая электромагнитн. полем при взаимодействии
с зарядами и токами, находящимися в объёме V.
Наличие мощности Р в законе изменения энергии электромагнитного поля (2*) означает, что электромагнитное поле может обмениваться энергией с материальными телами, изменяя их внутреннюю (тепловую) и механическую энергии. Примерами передачи энергии электромагнитного поля материальным телам могут служить нагрев проводников при протекании электрич. тока (джоулев нагрев) и пондеромоторное (механическое) воздействие электромагнитн. поля на помещённые в него диэлектрики, магнетики и проводники с током (см. Пондеромоторные силы ). Обратный процесс (возбуждение электромагнитн. поля) имеет место, например, в генераторах электромагнитного поля (в частности, в динамо-машинах).
При рассмотрении электромагнитн. взаимодействия в среде, характеризуемой наличием связанных зарядов ρсв и обусловленных их движением электрических токов jсв, принято в плотности мощности р выделять часть pcв = jсвE, расходуемую на поляризацию и намагничивание среды. Соответствующую плотность работы включают в вакуумную (эфирную) плотность энергии электромагнитного поля (3), в результате первое слагаемое в левой части (2) приобретает вид
Возможность интерпретировать (4) как изменение плотности энергии электромагнитного поля в единицу времени существенно зависит от характера материальных отношений (связи векторов D и В с Е и Н), присущих данной среде.
Для сред, в которых значения D и
В в произвольной точке пространства в данный
момент времени являются однозначными функциями значений Е
и Н в той же точке пространства и в тот же момент
времени, причём D =
D(E), В=В(Н), (4) можно рассматривать как изменение плотности энергии электромагнитного поля.
имеющей точный термодинамический смысл: это есть разность между внутренними энергиями единичного объёма вещества при наличии и отсутствии поля при тех же плотности и энтропии (либо изменение плотности свободной энергии вещества, связанное с возникновением поля, при условии постоянства плотности и температуры). В частности, для линейной изотропной среды в отсутствие дисперсии и поглощения (D = eE, В=mН, e = e* = const, m = m* = const) (3*) принимает вид
В случае поглощающей среды единая энергетич. интерпретация отд. членов ур-ния (2) и выражения (4), основанная на материальных соотношениях общего вида, невозможна, а термодинамич. понятия (внутренняя и свободная энергия), строго говоря, неприменимы. Для отыскания Энергия электромагнитного поля в диссипативных средах приходится использовать конкретные модели среды.
Сказанное относится и к средам с дисперсией, так как в силу Крамерса - Кронига соотношений диспергирующая среда является, вообще говоря, и поглощающей. Однако для широкого круга реальных физических условий, позволяющих пренебречь диссипацией энергии электромагнитного поля, выражение для плотности энергии электромагнитного поля может быть идентифицировано без привлечения микроскопич. теории среды.
Это удаётся сделать для электромагнитн. квазимонохроматических полей - полей частоты со с медленно изменяющимися во времени амплитудами Е0(t), H0 ( t)
в линейной среде. Средняя за период волны (2 p/w) плотность энергии электромагнитного поля
имеет вид
где eik,
mik - матричные элементы тензоров диэлектрич. и магн. проницаемостей
среды, Ei , Ek , Hi , Hk - проекции
векторов Е и Н на оси координат, черта сверху
означает усреднение по времени за период волны, по дважды встречающемуся индексу
производится суммирование.
Плотность энергии электромагнитного поля (5) в указанных условиях имеет тот же термодинамический смысл, что и (3*), (3**) для недиспергирующих бездиссипативных сред. Иначе говоря, в равновесной физ. среде наличие квазимонохроматического электромагнитного поля может приводить только к выделению тепла (поглощению энергии электромагнитного поля). Отсюда, в частности, следует неотрицательность плотности энергии электромагнитного поля, даваемой (5), для произвольной равновесной среды. В отличие от этого неравновесная среда (напр., плазма, пронизываемая пучком заряженных частиц) под действием электромагнитного поля может отдавать, а не поглощать тепло, и в такой среде плотность энергии электромагнитного поля (5) может принимать отрицат. значения (см., напр., в ст. Волны в плазме).
С квантовой точки зрения электромагнитное поле представляет собой ансамбль
фотонов, каждый из к-рых обладает энергией 
и импульсом 
, где w - частота
излучения, k - его волновой вектор. Такое представление,
необходимое при исследовании взаимодействия поля с квантовыми объектами (напр.,
с квантовым осциллятором), оказывается также удобным при изучении обмена энергией
между полем и классич. заряж. частицами, поглощающими, излучающими и рассеивающими
электромагнитн. волны (напр., при рассмотрении излучения Черенкова,
тормозного излучения). Плотность энергии фотонного газа, находящегося в
термодинамич. равновесии с окружающими материальными телами с температурой Т, определяется выражением
где а = 7,91•10-15 эрг/К-4 см-3, температуpa Т в градусах Кельвина.
А. М. Фейгин
1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")
2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.
3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.
4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
