Физические основы современных представлений в теории электромагнитного поля

Так как взаимодействие электрических зарядов реализуются посредством электрических и магнитных полей, то физически логично предположить, что порождающие такие поля векторные потенциалы и ht=23 src="images/referats/6656/image079.gif">как физические величины есть первичные полевые характеристики самого электрического заряда и как вторая сторона медали есть его прямой полевой эквивалент. Для обоснования правомерности такого предположения рассмотрим конкретные аргументы, позволяющие разрешить проблему физического смысла компонент векторных потенциалов и , обсуждаемую для магнитного векторного потенциала еще Максвеллом при анализе своих электродинамических построений ([9] п. 590). Согласно точке зрения Максвелла, вектор “может быть признан фундаментальной величиной в теории электромагнетизма” [7].

Как известно, физические представления об электрическом заряде имеют на микроуровне существенное дополнение: элементарная частица характеризуется не только значением заряда q, кратного заряду электрона , но и спином s, трактуемым как собственный момент количества движения частицы. Величина этого момента квантована значением , где - модифицированная постоянная Планка. То есть микрочастица принципиально обладает в неразрывной связи электрическим зарядом и собственным магнитным моментом, кратным собственному (спиновому) магнитному моменту электрона - магнетону Бора [2]: в системе физических единиц СИ .

В соответствии с нашим предположением, сопоставим локальные характеристики микрочастицы и некое ее собственное первичное электромагнитное поле. Конкретно для электрона электрическая компонента этого поля соответствует заряду - кванту электрического потока, а магнитная компонента - удельному (на единицу заряда) моменту , определяющему, как известно [2], квант магнитного потока. Наша задача показать, что введенное здесь гипотетически собственное поле микрочастицы (совокупно, и макрообъекта) является именно полем векторных потенциалов.

Итак, вначале рассмотрим электрический векторный потенциал . Для этого соотношение (9б) связи электрических векторов индукции и векторного потенциала для большей наглядности и математической общности представим в интегральной форме:

. (13)

Эти интегральные соотношения устанавливают физически содержательное положение о том, что величина циркуляции вектора по замкнутому контуру С определяется потоком вектора электрического смещения через поверхность SC , опирающуюся на этот контур , соответственно, поляризационным электрическим зарядом , индуцированным на этой поверхности. Отсюда снова следует определение поля вектора электрического смещения , численно равного плотности заряда на пробной площадке, ориентация которой в данной точке создает на ней максимальное значение этого заряда: , а нормаль к площадке с учетом правила правовинтового обхода контура С указывает направление вектора . Определение как потокового вектора показывает его принципиальное отличие от линейного (циркуляционного) вектора напряженности , являющегося силовой характеристикой электрического поля. Физически, поле потокового вектора электрического смещения (индукции) есть отклик среды на воздействие силового вектора электрической напряженности.

Продолжая анализ соотношений (13), видим, что, согласно этим соотношениям связи векторных полей и , электрическому заряду отвечает его полевой эквивалент - поле электрического векторного потенциала , размерность которого - линейная плотность электрического заряда. В итоге, с целью реализации конечного результата наших рассуждений введем понятие первой фундаментальной корпускулярно-полевой пары с единицами измерения в системе физических единиц СИ КулонКулон/метр.

Эти корпускулярно-полевые представления аргументированно подтверждаются также и непосредственным следствием в виде соотношения (11) связи электрического векторного потенциала и магнитной напряженности с единицей измерения Ампер/метр, представляющего собой полевой эквивалент полного электрического тока: токов проводимости и смещения , величина (сила тока) которого имеет единицу измерения Ампер.

Перейдем теперь к магнитному векторному потенциалу . Поскольку вектор электрической напряженности измеряется в СИ Вольт/метр, либо формально математически (но не физически) тождественно Ньютон/Кулон, то, согласно соотношению (10) связи магнитного векторного потенциала с вектором , единица измерения вектора будет (Ньютон·сек)/Кулон, то есть имеет размерность импульс на единицу заряда. Данная размерность магнитной компоненты векторного потенциала в настоящее время считается общепринятой и вполне очевидной, поскольку совместно со скалярным электрическим потенциалом весьма заманчиво представить полевой аналог четырехвектора «энергии-импульса», так в виде называемого 4х – потенциала.

 Скачать реферат