Электромагнетизм в средах
Внутри вещества электромагнитные поля изменяются под действием поляризации, намагниченности и проводимости, что описывается макроскопическими уравнениями Максвелла и функциями отклика материала.
Definition
Изучение электромагнитных полей внутри материальных сред, где связанные заряды и токи поляризации и намагниченности, наряду со свободными токами проводимости, изменяют поля и суммируются определяющими соотношениями, связывающими поля с откликом материала.
Scope
Эта область охватывает макроскопическую электродинамику сплошных сред: поляризацию и намагниченность вещества, вспомогательные поля D и H, диэлектрические и магнитные определяющие соотношения, электрическую проводимость и закон Ома, а также зависящую от частоты диэлектрическую проницаемость, которая определяет оптические свойства материалов. В ней рассматривается, как отклик материала изменяет поля и волны, основываясь на вакуумной электродинамике, но отличаясь от нее.
Sub-topics
Core questions
- Как связанные заряды и токи изменяют поля внутри вещества?
- Какие определяющие соотношения описывают электромагнитный отклик материала?
- Как проводимость регулирует токи и рассеяние энергии?
- Как зависящий от частоты отклик формирует оптическое поведение?
Key concepts
- поляризация
- намагниченность
- поле смещения D
- вспомогательное поле H
- диэлектрическая проницаемость
- магнитная проницаемость
- проводимость
- определяющие соотношения
Key theories
- Макроскопические уравнения Максвелла
- Усреднение по микроскопическим зарядам приводит к уравнениям Максвелла в веществе со вспомогательными полями D и H, источниками которых являются только свободные заряды и токи, дополненные определяющими соотношениями.
- Определяющие соотношения
- Поляризация, намагниченность и ток проводимости связаны с полями через диэлектрическую проницаемость, магнитную проницаемость и проводимость, которые могут зависеть от частоты, напряженности поля, направления и предыстории.
Clinical relevance
Материальная электродинамика лежит в основе конденсаторов и изоляторов, оптических и фотонных устройств, проводников и полупроводников в электронике, микроволнового и диэлектрического нагрева, а также электромагнитных свойств биологических тканей, используемых в визуализации и терапии.
History
Открытие Фарадеем влияния диэлектриков на емкость положило начало изучению полей в веществе. Электронная теория Лоренца и модель проводимости Друде около 1900 года дали микроскопические объяснения поляризации и проводимости, которые Ландау и Лифшиц позднее систематизировали как электродинамику сплошных сред.
Key figures
- Michael Faraday
- Hendrik Lorentz
- Paul Drude
Related topics
Seminal works
- landau1984
- jackson1998
Frequently asked questions
- Зачем вводить поля D и H?
- Они переупаковывают связанные заряды и токи вещества таким образом, что их источниками являются только свободные заряды и токи, что упрощает применение уравнений Максвелла в материалах после того, как известен отклик материала.
- Что такое определяющее соотношение?
- Это специфический для материала закон, связывающий отклик (поляризацию, намагниченность или ток проводимости) с приложенными полями, такой как диэлектрическая проницаемость, магнитная проницаемость или проводимость среды.