Электродина́мика — раздел физики, изучающий электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд (электромагнитное взаимодействие). Предмет электродинамики включает связь электрических и магнитных явлений, электромагнитное излучение (в разных условиях, как свободное, так и в разнообразных случаях взаимодействии с веществом), электрический ток (вообще говоря, переменный) и его взаимодействие с электромагнитным полем (электрический ток может быть рассмотрен при этом как совокупность движущихся заряженных частиц). Любое электрическое и магнитное взаимодействие между заряженными телами рассматривается в современной физике как осуществляющееся через посредство электромагнитного поля, и, следовательно, также является предметом электродинамики.
Чаще всего под термином электродинамика по умолчанию понимается классическая электродинамика, описывающая только непрерывные свойства электромагнитного поля посредством системы уравнений Максвелла; для обозначения современной квантовой теории электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами обычно используется устойчивый термин квантовая электродинамика.
Основные понятия, которыми оперирует электродинамика, включают в себя:
- Электромагнитное поле — это основной предмет изучения электродинамики, вид материи, проявляющийся при взаимодействии с заряженными телами. Исторически разделяется на два поля:
- Электрическое поле — создаётся любым заряженным телом или переменным магнитным полем, оказывает воздействие на любое заряженное тело.
- Магнитное поле — создаётся движущимися заряженными телами, заряженными частицами, имеющими спин, и переменными электрическими полями, оказывает воздействие на движущиеся заряды и заряженные тела, имеющие спин. (Понятие спина в обменном взаимодействии тождественных частиц учитывается в квантовой механике и представляет собой чисто квантовый эффект, исчезающий при предельном переходе к классической механике.)
- Электрический заряд — это свойство тел, позволяющее им взаимодействовать с электромагнитными полями: создавать эти поля, будучи их источниками, и подвергаться (силовому) действию этих полей.
- Электромагнитный потенциал — 4-векторная физическая величина, полностью определяющая распределение электромагнитного поля в пространстве. В трехмерной формулировке электродинамики из него выделяют:
- Скалярный потенциал — временна́я компонента 4-вектора
- Векторный потенциал — трёхмерный вектор, образованный оставшимися компонентами 4-вектора.
- Вектор Пойнтинга — векторная физическая величина, имеющая смысл плотности потока энергии электромагнитного поля.
Закон Кулона, где | |
Напряженность электрического поля | |
Напряженность электрического поля точечного заряда, – точечный заряд, создающий поле, – радиус-вектор, проведенный из точки нахождения заряда в точку, в которой определяется напряженность | |
Электрический момент диполя, или дипольный момент | |
Напряженность электрического поля диполя | |
Теорема Гаусса для вектора напряженности электрического поля | |
Напряженность электрического поля плоскости | |
Потенциал электрического поля, – потенциальная энергия электрического поля в рассматриваемой точке | |
Потенциал электрического поля точечного заряда | |
Работа сил электростатического поля по перемещению электрического заряда | |
Формула, связывающая напряженность и потенциал | |
Напряженность электрического поля бесконечно заряженной нити, – линейная плотность заряда нити | |
Напряженность поля вблизи заряженного проводника, – поверхностная плотность заряда | |
Емкость проводника | |
Емкость шара | |
Емкость конденсатора | |
Емкость плоского конденсатора | |
Емкость батареи параллельно соединенных конденсаторов | |
Емкость батареи последовательно соединенных конденсаторов | |
Энергия конденсатора | |
Плотность энергии электрического поля | |
Сила тока | |
Плотность тока | |
Электродвижущая сила источника | |
Падение напряжения | |
Закон Ома для однородного участка цепи | |
Сопротивление проводника постоянного сечения | |
Закон Ома для однородного участка цепи в дифференциальной форме | |
Закон Ома для неоднородного участка | |
Закон Ома для замкнутой цепи | |
Ток короткого замыкания | |
Первое правило Кирхгофа | |
Второе правило Кирхгофа | |
Сопротивление последовательно соединенных проводников | |
Сопротивление параллельно соединенных проводников | |
Закон Джоуля–Ленца в интегральной форме | |
Закон Джоуля–Ленца в дифференциальной форме | |
Величина силы Лоренца | |
Величина силы Ампера | |
Закон Био–Савара для поля, созданного движущимся зарядом | |
Закон Био–Савара для поля, созданного линейным элементом тока | |
Величина индукции магнитного поля бесконечного проводника с током | |
Теорема о циркуляции | |
Вращательный момент, действующий на рамку с током в магнитном поле | |
Поток вектора индукции магнитного поля | |
Работа по перемещению контура с током в магнитном поле | |
Электродвижущая сила индукции | |
Полная энергия колебательного контура | |
Формула Томсона |