Потенциалы электромагнитного поля

величины, характеризующие электромагнитное поле. В электростатике векторное электрическое поле можно характеризовать одной скалярной функцией — потенциалом электростатическим (См. Потенциал электростатический). В общем случае для описания произвольного электромагнитного поля вместо двух векторов — магнитной индукции (См. Магнитная индукция)В и напряжённости электрического поля (См. Напряжённость электрического поля)Е можно ввести две др. величины: векторный потенциал А(х, у, z, t) и скалярный потенциал φ(x, у, z, t) (где х, у, z — координаты, t — время), при этом В и Е однозначно выражаются через А и φ

В= rot А,

E = -gradφ

где с — скорость света в вакууме.

Уравнения для потенциалов поля имеют более простую форму, чем исходные Максвелла уравнения, и поэтому введение П. э. п. упрощает задачу нахождения переменных электромагнитных полей. Существенное упрощение уравнений для П. э. п. возможно благодаря тому, что потенциалы определяются неоднозначно. Если вместо А и φ выбрать новые потенциалы

А'=А+ gradχ,

(2)

где χ— произвольная функция координат и времени, то векторы В и Е, определяемые уравнениями (1), не изменятся. Инвариантность электромагнитного поля по отношению к преобразованиям потенциалов (2) носит название калибровочной или градиентной инвариантности. Калибровочная инвариантность позволяет наложить на П. э. п. дополнительное условие. Обычно таким дополнительным условием является условие Лоренца:

divA +

где ε и μ— диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. При использовании условия (3) уравнения для П. э. п. в однородной среде (ε = const, μ = const), получаемые из уравнений Максвелла, приобретают одинаковую форму:

здесь Δ—Лапласа оператор, ρ и j— плотности заряда и тока, a υ= j =0, то П. э. п. удовлетворяют волновым уравнениям (См. Волновое уравнение).

Уравнения (4) позволяют определить потенциалы А и φ по известному распределению зарядов и токов, а следовательно, с помощью формул (1) — характеристики электромагнитного поля В и Е. Частные решения уравнений (4), удовлетворяющие Причинности принципу, называют запаздывающими потенциалами. Запаздывающие потенциалы в точке с координатами х, у, z в момент времени tопределяются плотностями заряда и тока в точке с координатами х’, у’, z' в предшествующий момент времени τ =t — R/υ, где

—расстояние от источника поля до точки наблюдения.

Если заряды и токи распределены в конечной области пространства G, то запаздывающие потенциалы определяются суммированием (интегрированием) элементарных потенциалов от зарядов и токов, сосредоточенных в бесконечно малых объёмах dx'dy'dz’, с учётом времени запаздывания:

φ (х, у, z, t) =

A (х, у, z, t) =

Через П. э. п. выражается функция Гамильтона Н заряженной частицы, движущейся в электромагнитном поле:

где p — импульс частицы, e и m —ее заряд и масса. Соответственно через П. э. п. выражается оператор Гамильтона (гамильтониан) в квантовой механике (См. Квантовая механика).

Лит. см. при ст. Максвелла уравнения.

Г. Я. Мякишев.

ПОТЕНЦИАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ (скалярный и векторный) - характеристики электромагнитного поля, через которые выражаются напряженности электрических и магнитных полей.

ПОТЕНЦИАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

энергетич. характеристики эл.-магн. поля, к-рые вводят для описания поля наряду с силовыми хар-ками — напряжённостью электрич. поля Е и магн. индукцией В. В электростатике векторное электрич. поле можно характеризовать одной скалярной ф-цией — потенциалом электростатическим. В общем случае для описания произвольного эл.-магн. поля вместо Е и В можно ввести две др. величины: векторный потенциал А (х, у, z, t) и скалярный потенциал j(x, у, z, t), где х, у, z — координаты, t — время, при этом В и E однозначно выражаются через А и j:

Ур-ния для потенциалов поля имеют более простую форму, чем исходные Максвелла уравнения, что упрощает задачу нахождения переменных эл.-магн. полей. Существ. упрощение ур-ний для П. э. п. возможно благодаря тому, что потенциалы определяются неоднозначно. Если вместо А и j выбрать новые потенциалы

где c — произвольная ф-ция координат и времени, то векторы В и Е, определяемые ур-ниями (1), не изменятся. Инвариантность эл.-магн. поля по отношению к преобразованиям потенциалов (2) носит назв. к а л и б р о в о ч н о й, или г р а д и е н т н о й, и н в а р и а н т н о с т и. Калибровочная инвариантность позволяет наложить на П. э. п. дополнит. условие. Обычно таким дополнит. условием явл. условие Лоренца:

где e и m — диэлектрич. и магн. проницаемости среды. При использовании условия (3) ур-ния для П. э. п. в однородной среде (e=const, m=const), получаемые из ур-ний Максвелла, приобретают одинаковую форму:

здесь D=д2/дx2+д2/дy2+д2/дz2— т. н. оператор Лапласа, r и j — плотности заряда и тока, a v=c/?em — скорость распространения эл.-магн. поля в среде. Если r=0 и j=0, то П. э. п. удовлетворяют волновому уравнению.

Ур-ния (4) позволяют определить потенциалы A и j по известному распределению зарядов и токов, а следовательно, с помощью формул (1) — и хар-ки эл.-магн. поля В и Е. Частные решения ур-ний (4), удовлетворяющие причинности принципу, наз. з а п а з д ы в а ю щ и м и п о т е н ц и а л а м и. Запаздывающие потенциалы в точке с координатами х, у, z в момент времени t определяются плотностями заряда и тока в точке с координатами х', у', z' в предшествующий момент времени t=t-R/v, где R=?((х-х')2+(у-у')2+(z-z')2)— расстояние от источника поля до точки наблюдения.

Если заряды и токи распределены в конечной области пространства G, то запаздывающие потенциалы определяются интегрированием элементарных потенциалов от зарядов и токов, сосредоточенных в бесконечно малых объёмах dx'dy'dz', с учётом времени запаздывания:

Через П. э. п, выражается Гамильтона функция (Н) заряженной ч-цы, движущейся в эл.-магн. поле:

где р — импульс ч-цы, е и m — её заряд и масса. Соответственно через П. э. п. выражается оператор Гамильтона (гамильтониан) в квант. теории.

потенциа́лы электромагни́тного по́ля

(скалярный и векторный), характеристики электромагнитного поля, через которые выражаются напряжённости электрического и магнитного полей.

* * *

ПОТЕНЦИА́ЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИ́ТНОГО ПО́ЛЯ (скалярный и векторный), характеристики электромагнитного поля, через которые выражаются напряженности электрических и магнитных полей.

(скалярный и векторный), характеристики эл.-магн. поля, через к-рые выражаются напряжённости электрич. и магн. полей.