Elektrodinamika nima

Tasvirda magnit maydonining solenoidda qanday hosil bo‘lishi ko‘rsatilgan

Elektrodinamika — fizikaningshunday bo‘limiki, u elektromagnit maydonni eng umumiy holatda (ya’ni vaqtga bog‘liq ravishda o‘zgaradigan maydonlarni) hamda uning elektr zaryadga ega jismlar bilan o‘zaro ta’sirini o‘rganadi (elektromagnit o‘zaro ta’sir). Elektrodinamikaning o‘rganish doirasiga elektr va magnit hodisalar o‘rtasidagi bog‘liqlik, elektromagnit nurlanish (turli sharoitlarda, jumladan erkin tarqalishi va modda bilan o‘zaro ta’sirining har xil holatlari), elektr toki (umuman olganda, o‘zgaruvchan tok) va uning elektromagnit maydon bilan o‘zaro ta’siri kiradi (bunda elektr tokini harakatlanayotgan zaryadlangan zarralar yig‘indisi sifatida qarash mumkin). Zamonaviy fizikada zaryadlangan jismlar orasidagi har qanday elektr va magnit o‘zaro ta’sir elektromagnit maydon orqali amalga oshadi deb hisoblanadi. Shuning uchun bunday ta’sirlar ham elektrodinamikaning o‘rganish predmetidir.

Odatda elektrodinamika atamasi deyilganda klassik elektrodinamika, ya’ni elektromagnit maydonning faqat uzluksiz xususiyatlarini Maksvell tenglamalaritizimi orqali ifodalovchi nazariya tushuniladi; elektromagnit maydon va uning zaryadlangan zarralar bilan o‘zaro ta’siriga oid zamonaviy kvant nazariyasini ifodalash uchun esa odatda alohida kvant elektrodinamikasiatamasi ishlatiladi. «Elektrodinamika» atamasini Andre-Mari Amperkiritgan. U 1823-yilda «Elektrodinamik hodisalar nazariyasining qisqacha bayoni» asarini nashr etgan.

Asosiy tushunchalar

Elektrodinamikada qo‘llaniladigan asosiy tushunchalar quyidagilardan iborat:

  • Elektromagnit maydon — elektrodinamikaning asosiy o‘rganish obyekti bo‘lib, materiyaningzaryadlangan jismlar bilan o‘zaro ta’sirida namoyon bo‘ladigan turidir. Tarixan u ikki maydonga ajratib o‘rganiladi:
    • Elektr maydoni — har qanday zaryadlangan jism yoki o‘zgaruvchan magnit maydon tomonidan hosil qilinadi va har qanday zaryadlangan jismga ta’sir ko‘rsatadi.
    • Magnit maydon — harakatlanayotgan zaryadlangan jismlar, shuningdek spinga ega zaryadlangan zarralar va o‘zgaruvchan elektr maydonlari tomonidan hosil qilinadi. U harakatlanayotgan zaryadlarga va spinga ega zaryadlangan jismlarga ta’sir qiladi. (Aynan bir xil zarralarning almashinuv o‘zaro ta’siridagi spin tushunchasi kvant mexanikasida hisobga olinadi. Bu sof kvant hodisasi bo‘lib, klassik mexanikaga chegaraviy o‘tishda yo‘qoladi.)
  • Elektr zaryadi — jismlarning xossasi bo‘lib, ularga elektromagnit maydonlar bilan o‘zaro ta’sirlashish imkonini beradi: jismlar maydonning manbalarisifatida uni hosil qiladi va bu maydonlarning (kuch bilan) ta’siriga uchraydi.
  • Elektromagnit potensial — 4-vektorli fizik kattalikbo‘lib, elektromagnit maydonning fazodagi taqsimlanishini to‘liq belgilaydi. Elektrodinamikaning uch o‘lchamli ifodasida uning quyidagi qismlari ajratiladi:
  • Poynting vektori — elektromagnit maydonning energiya oqimi zichligini ifodalovchi vektor fizik kattalik.

Asosiy tenglamalar

Elektromagnit maydonning xatti-harakati va uning zaryadlangan jismlar bilan o‘zaro ta’sirini tavsiflovchi asosiy tenglamalar quyidagilardir:

Alohida ahamiyatga ega xususiy tenglamalar quyidagilardir:

Elektrodinamikaning mazmuni

Klassik elektrodinamikaning asosiy mazmuni elektromagnit maydonning xossalarini va uning zaryadlangan jismlar bilan o‘zaro ta’sirini tavsiflashdan iborat (zaryadlangan jismlar elektromagnit maydonni «hosil qiladi», uning «manbalari» hisoblanadi; elektromagnit maydon esa o‘z navbatida zaryadlangan jismlarga elektromagnit kuchlar orqali ta’sir ko‘rsatadi). Bu tavsif elektr zaryadi, elektr maydoni, magnit maydoni, elektromagnit potensialkabi asosiy tushuncha va kattaliklarning ta’rifini ham qamrab oladi. U asosan Maksvell tenglamalariga u yoki bu shaklda hamda Lorens kuchi formulasigatayanadi. Bundan tashqari, u ayrim turdosh masalalarni ham o‘rganadi (matematik fizika, amaliy qo‘llanishlar, yordamchi kattaliklar va amaliyotda muhim bo‘lgan yordamchi formulalar, masalan, tok zichligi vektori yoki empirik Om qonuni). Shuningdek, bu tavsif elektromagnit maydon orqali energiya, impuls va impuls momentining saqlanishi hamda uzatilishi masalalarini, jumladan energiya zichligi, Poynting vektori va hokazolarga oid formulalarni ham qamrab oladi.

Ba’zan elektrodinamik effektlar deganda (elektrostatik hodisalardan farqli ravishda) elektromagnit maydonning umumiy holatdagi xatti-harakati bilan statik holat o‘rtasidagi muhim farqlar, masalan, o‘zgaruvchan elektr va magnit maydonlar o‘rtasidagi dinamik bog‘liqlik tushuniladi. Shu sababli alohida statik holatni tavsiflash, tushunish va hisoblash umumiy holatga qaraganda ancha oson bo‘ladi.

Elektrodinamikaning maxsus bo‘limlari

  • Elektrostatika statik (vaqt o‘tishi bilan o‘zgarmaydigan yoki shunchalik sekin o‘zgaradiki, elektrodinamik effektlarni e’tiborga olmasa ham bo‘ladigan, ya’ni Maksvell tenglamalaridagi vaqt bo‘yicha hosilali hadlarni juda kichikligi sababli tashlab yuborish mumkin bo‘lgan) elektr maydonining xossalarini va uning elektr bilan zaryadlangan jismlar (elektr zaryadlari) bilan o‘zaro ta’sirini tavsiflaydi. Bunday jismlar ham harakatsiz yoki juda kichik tezlikda harakatlanadigan bo‘ladi (yoki tez harakatlanadigan zaryadlar mavjud bo‘lsa ham, ularning miqdori yetarlicha kichik bo‘ladi); shuning uchun ular hosil qiladigan maydonlarni taxminan statik deb hisoblash mumkin. Odatda bunda magnit maydonlar mavjud emasligi (yoki ularning ta’siri e’tiborga olinmaydigan darajada kichikligi) ham nazarda tutiladi.
  • Magnitostatika doimiy toklar (va doimiy magnitlar), doimiy magnit maydonlar (vaqt bo‘yicha o‘zgarmaydigan yoki shu qadar sekin o‘zgaradiki, hisoblashda bu o‘zgarish tezligini e’tiborga olmasa bo‘ladigan maydonlar) hamda ularning o‘zaro ta’sirini o‘rganadi.
  • Uzluksiz muhitlar elektrodinamikasi elektromagnit maydonlarning uzluksiz muhitlardagi xatti-harakatini o‘rganadi.
  • Relyativistik elektrodinamika harakatlanayotgan muhitlardagi elektromagnit maydonlarni o‘rganadi.

Amaliy ahamiyati

Elektrodinamika fizik optikaningva radioto‘lqinlar tarqalishi fizikasining asosini tashkil qiladi. U deyarli butun fizikaga daxldordir, chunki fizikaning deyarli barcha bo‘limlarida elektr maydonlari va zaryadlar, ko‘pincha esa ularning murakkab va tez o‘zgarishi hamda harakati bilan ish ko‘rishga to‘g‘ri keladi. Bundan tashqari, elektrodinamika (klassik va kvant ko‘rinishlarida) hisob-kitob va bashoratlarning nihoyatda yuqori aniqligini o‘z sohasida tug‘ilgan nazariy g‘oyalarning nazariy fizikaning boshqa sohalariga ta’siri bilan birlashtirgan namunaviy fizik nazariyadir.

Elektrodinamika texnikada nihoyatda muhim bo‘lib, quyidagi sohalarning asosini tashkil etadi: radiotexnika, elektrotexnikava turli aloqa hamda radio sohasi.

Tarix

Elektr va magnit hodisalar o‘rtasidagi bog‘liqlikning dastlabki isboti Ersted tomonidan 1819—1820 yillarda elektr toki magnit maydon hosil qilishi tajribada kashf etilishi bo‘ldi. Ersted o‘tkazgich atrofidagi fazoda elektr va magnit jarayonlar o‘zaro ta’sirlashishi mumkinligi haqidagi fikrni ham ilgari surgan, biroq uni unchalik aniq ifodalay olmagan.

Keyin 1831-yilda Maykl Faradey tajriba yo‘li bilan elektromagnit induksiyahodisasi va qonunini kashf etdi. Bu elektr va magnit maydonlar o‘rtasidagi bevosita dinamik bog‘liqlikning dastlabki yaqqol dalili bo‘ldi. U elektr va magnit maydonlarga nisbatan fizik maydon tushunchasining asoslarini hamda fizik maydonlarni tavsiflashga imkon beradigan ayrim muhim nazariy tasavvurlarni ishlab chiqdi va 1832-yilda elektromagnit to‘lqinlar mavjudligini oldindan aytdi.

Shundan so‘ng 1864-yilda J. K. Maksvell birinchi marta «klassik elektrodinamika»ning to‘liq tenglamalar tizimini nashr etdi. Bu tizim elektromagnit maydonning vaqt bo‘yicha o‘zgarishini hamda uning zaryadlar va toklar bilan o‘zaro ta’sirini tavsiflaydi. Maksvell nazariy jihatdan asoslangan holda yorug‘lik aslida elektromagnit to‘lqin, ya’ni elektrodinamika o‘rganadigan hodisa ekanini taxmin qildi.

Keyinchalik 1895-yilda Lorens klassik elektrodinamika rivojiga katta hissa qo‘shib, elektromagnit maydonning (harakatlanayotgan) nuqtaviy zaryadlangan zarralar bilan o‘zaro ta’sirini tavsifladi. Bu unga Lorens almashtirishlarinikeltirib chiqarish imkonini berdi. Shuningdek, u elektrodinamika tenglamalarining Nyuton fizikasi bilan mos kelmasligini birinchi bo‘lib payqadi.

So‘ng 1905-yilda A. Eynshteyn «Harakatlanayotgan jismlar elektrodinamikasiga doir» asarini e’lon qildi va unda maxsus nisbiylik nazariyasinibayon etdi. Nisbiylik nazariyasi Nyuton fizikasidan farqli ravishda klassik elektrodinamikaga to‘liq mos keladi va uning nazariy tuzilishini mantiqan yakunladi. Natijada Minkovskiy fazosida elektrodinamikani ifodalashda 4-potensial va elektromagnit maydonning 4-tenzori orqali kovariant ifodani qurish imkoniyati paydo bo‘ldi.

XX asr o‘rtalarida kvant elektrodinamikasi yaratildi. Bu eng aniq fizik nazariyalardan biri bo‘lib, elementar zarralar fizikasidagi barcha zamonaviy nazariy modellar uchun asos va namuna vazifasini bajaradi.

Adabiyotlar

Havolalar