С какой скоростью распространяется магнитное поле в вакууме

Распространение магнитного поля

Магнитное поле создают источники в виде:

• проводников, по которым протекает электрический ток;
• зарядов и заряженных тел, находящихся в движении;
• тел, которые намагничены;
• переменных электрических тел.

Интенсивность магнитного поля определяют с помощью магнитной индукцией. Эта величина соответствует приложенной силе, с которой она оказывает воздействие на проводник длиной один метр с протекающим по нему током в 1 А. Единица измерения магнитной индукции является 1 Тл (тесла).

В формуле:

F – является наибольшей силой, которая оказывает действие на проводник;

L – представляет собой длину проводника;

I – определяет силу тока заряженных частиц в металле.

Эмпирический способ нахождения скорости электромагнитных волн

Скорость, с которой распространяются электромагнитные волны, можно определить эмпирическим методом. При этом изучают неподвижные волны, полученные в цепи. К примеру, такую картину можно наблюдать, когда выход генератора подсоединен к проводам линии через конденсаторы. Во время работы генератора между проводами возникают колебания напряжения, что свидетельствует о наличии колебаний электрического поля. Таким образом образуется электромагнитная волна.

Понять интенсивность колебаний в разных точках линии можно, если включить лампы накаливания. Благодаря подобному опыту, удается выяснить, что возникновение стоячих волн в линии обусловлено определенной частотой генератора, совпадающей с частотой собственных колебаний линий.

Проводя измерения расстояния (△x), на которое удалены соседние узлы в стоячей волне, можно сделать вывод о том, что данная величина равна 1/2 длины волны (λ). Если измерить ν, то есть частоту колебаний генератора, то можно определить скорость распространения электромагнитной волны по формуле:

V = λ * v

Вывод скорости распространения электромагнитных волн из теории Максвелла

После того, как Максвеллом было установлено существование единого электромагнитного поля, которое можно наблюдать, независимо от наличия источника, ученому удалось определить скорость распространения данного электромагнитного поля.

Магнитное поле, которое образовано заряженными частицами или телами, перемещающимися в вакуумной среде со скоростью \(\vec{v}\) согласно закону Био-Савара-Лапласа, определяется, как:

Следует отметить, что точечным зарядом создается электрическое поле на расстоянии r:

Далее необходимо умножить первое уравнение на \(\frac{\varepsilon _{0}}{\varepsilon _{0}}\):

Скорость перемещения заряда равна скорости перемещения электрического поля. Так как поле находится в движении, можно говорить о его переменном характере. Переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. В этом случае можно записать выражение:

С другой стороны, можно отметить, что путем перемещения магнитное поле формирует вихревое электрическое поле:

В том случае, когда электрическое и магнитное поля образуют друг друга, то скорость их движения будет одинаковой. Таким образом:

Путем замены преобразуем уравнение:

Векторные величины будут перпендикулярны друг другу.

С помощью всех трех векторов будет образована правовинтовая система в направлении распространения:

Исходя из взаимной перпендикулярности векторов, можно записать выражение:

В таком случае, можно записать абсолютные значения векторов:

Таким образом:

В такой форме будет записана скорость распространения электромагнитного поля в вакууме, которая совпадает со скоростью света.