Кіріспе

Теориялық физиканың саласы. Классикалық электромагнетизм немесе классикалық электродинамика – электр зарядтары мен токтардың өзара әрекеттесуін классикалық Ньютон моделін кеңейту арқылы зерттейтін теориялық физиканың бір саласы. Сондықтан, бұл классикалық өріс теориясы. Теория, кванттық механикалық эффектілердің маңызды болмайтын жағдайда, тиісті масштабтары мен өріс күшінде электромагниттік құбылыстарды сипаттайды. Кішкентай қашықтықтарда және әлсіз өріс күштерінде, мұндай өзара әрекеттесулер кванттық электродинамикамен жақсы сипатталады, ол кванттық өріс теориясы болып табылады. Классикалық электродинамиканың негізгі физикалық аспектілері көптеген оқулықтарда келтірілген. Бакалавриат деңгейінде Фейнманның физика бойынша лекциялары, Электр және магнетизм, және Электродинамикаға кіріспе сияқты оқулықтар классикалық анықтамалар саналады, ал магистратура деңгейінде Классикалық электр және магнетизм, Классикалық электродинамика және Теориялық физика курсы сияқты оқулықтар классикалық анықтамалар болып есептеледі.

Тарих

Электромагнетизм сипаттайтын физикалық құбылыстар ежелден бері жеке салалар ретінде зерттелген. Мысалы, жарық электромагниттік толқын екені түсінілгенге дейін ғасырлар бұрын оптика саласында көптеген жетістіктер болған. Дегенмен, электромагнетизм теориясы, қазіргі түсінік бойынша, Майкл Фарадейдің электромагниттік өріс бар екенін көрсеткен тәжірибелерінен және Джеймс Клерк Максвеллдің оны сипаттау үшін дифференциалдық теңдеулерді қолданған "Электр және магнетизм туралы трактаттарында" (1873) қалыптасты. Еуропада электромагнетизмнің дамуы кернеуді, токты, сыйымдылықты және кедергіні өлшеу әдістерін әзірлеуді қамтыды. Осы тарихқа қатысты егжей-тегжейлі мәліметтерді Вольфганг Паули, Э. Т. Уиттакер, Абрахам Пейс және Брюс Дж. Хант берген.

Электромагниттік толқындар

Өзгеріп жатқан электромагниттік өріс бастапқы нүктесінен толқын түрінде таралады. Бұл толқындар вакуумде жарық жылдамдығымен қозғалады және кең толқын ұзындығы спектрінде кездеседі. Электромагниттік сәулеленудің динамикалық түрлерінің мысалдары (жиілігінің арту ретімен): радио толқындар, микротолқындар, жарық (инфрақызыл, көрінетін жарық және ультракүлгін), рентген сәулелері және гамма сәулелері. Бөлшектер физикасы саласында бұл электромагниттік сәулелену зарядталған бөлшектер арасындағы электромагниттік өзара әрекеттесудің көрінісі болып табылады.

Жалпы өрістік теңдеулер

Кулон теңдеуі қаншалықты қарапайым және қанағаттандырарлық болса да, классикалық электромагнетизм контекстінде толыққанды дұрыс емес. Проблемалар туындайды, себебі заряд таралуының өзгеруі басқа жерде "сезілуі" үшін белгілі бір уақыт қажет (бұл арнайы салыстырмалылық теориясымен талап етіледі). Жалпы заряд таралулары үшін кешіктірілген потенциалдарды есептеп, оларды дифференциалдау арқылы Ефименко теңдеулерін алуға болады. Нүктелік зарядтар үшін де кешіктірілген потенциалдарды шығаруға болады, бұл теңдеулер Лиенард-Вихерт потенциалдары деп аталады. Скалярлық потенциал:

мұндағы – нүктелік зарядтың заряды, ал – оның орны. және зарядтың кідірілген уақытқа байланысты орны мен жылдамдығы. Векторлық потенциал да осыған ұқсас:

Оларды дифференциалдау арқылы қозғалмалы нүктелік бөлшектің толық өріс теңдеулерін алуға болады.

Модельдер

Классикалық электромагнетизмнің оптика, электр және электрондық инженерия сияқты салалары, нақты электродинамикалық құбылыстарды түсінуді жақсарту үшін әртүрлі деңгейдегі жеңілдету және идеалдауға ие тиісті математикалық модельдер жиынтығынан тұрады. Электродинамикалық құбылысты нақты өрістер, электр зарядтары мен токтарының нақты тығыздықтары және нақты тарату ортасы анықтайды. Олардың саны шексіз көп болғандықтан, модельдеу үшін кейбір типтік, өкілді мысалдар қажет:
(а) электр зарядтары мен токтары, мысалы, қозғалмалы нүктелік зарядтар, электр және магниттік дипольдер, өткізгіштегі электр тоқтары және т.б.;
(b) электромагниттік өрістер, мысалы, кернеулер, Лиенард-Вихерт потенциалдары, монохроматты жазық толқындар, оптикалық сәулелер; радио толқындары, микротолқындар, инфрақызыл сәуле, көрінетін жарық, ультракүлгін сәуле, рентген сәулелері, гамма сәулелері және т.б.;
(c) тарату орталары, мысалы, электрондық компоненттер, антенналар, электромагниттік толқын жетектері, жазық айналар, қисық бетті айналар, дөңес линзалар, ойыс линзалар; резисторлар, индукторлар, конденсаторлар, коммутаторлар; сымдар, электр және оптикалық кабельдер, тарату желілері, интегралдық схемалар және т.б. – олардың барлығы тек бірнеше өзгермелі сипаттамаға ие.