ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 36.2: Электромагнитное поле. Электромагнитная волна

План решения:

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к основам теории электромагнитного поля Максвелла. Ключевым моментом является неразрывная связь электрического и магнитного полей. Мы рассмотрим два основных аспекта: относительность разделения полей при смене системы отсчёта и взаимную генерацию полей согласно уравнениям Максвелла.

Вычисление и обоснование:

Во-первых, разделение единого электромагнитного поля на электрическую (E) и магнитную (B) составляющие зависит от выбора инерциальной системы отсчёта (ИСО). Если в одной системе отсчёта наблюдатель видит только электростатическое поле неподвижного заряда, то для наблюдателя, движущегося относительно этого заряда, тот же самый заряд будет представлять собой поток тока, который создаёт и магнитное поле. Таким образом, то, что в одной ИСО выглядит как «чисто электрическое» поле, в другой может проявляться как комбинация электрического и магнитного полей. Это доказывает, что изолированное существование одного типа поля не является абсолютным свойством пространства, а зависит от движения наблюдателя.

Во-вторых, даже если мы зафиксируем систему отсчёта, фундаментальные законы физики запрещают существование статического или изменяющегося поля одного типа без влияния на другой тип в динамических процессах. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока порождает вихревое электрическое поле: ointE·dl=-dΦ_B/dt. Аналогично, закон Ампера–Максвелла утверждает, что изменение электрического поля (ток смещения) порождает магнитное поле: ointB·dl=μ₀I+μ₀ε₀dΦ_E/dt. В случае электромагнитных волн эти процессы идут непрерывно: переменное электрическое поле создаёт переменное магнитное, которое, в свою очередь, создаёт новое электрическое поле, и так далее. Поэтому в любой точке пространства, где распространяется волна или происходит динамика процессов, невозможно выделить «только электрическое» или «только магнитное» поле как самостоятельные сущности — они являются двумя сторонами одного целого.

Проверка вывода:

Проверим логику на примере простого случая. Возьмём равномерно заряженную пластину. В системе покоя пластины поле чисто электрическое. Но если электрон пролетает мимо пластины со скоростью v, то в системе отсчёта электрона пластина движется, создавая ток, а значит, возникает магнитное поле, действующее на электрон силой Лоренца. С точки зрения классической механики это объясняется преобразованием полей. Следовательно, утверждение о существовании исключительно одного вида поля в конкретной точке неверно, так как оно теряет смысл при переходе между системами отсчёта и противоречит принципу единства электромагнитного взаимодействия.