ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
116
117
âîçíèêíîâåíèÿ) ìàòåðèè ïðè ýòîì íå ïðîèñõîäèò: íè â îäíîé ÈÑÎ
íåëüçÿ îäíîâðåìåííî óñòðàíèòü è ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå
âîçäåéñòâèå. Äåëî â òîì, ÷òî ñóùåñòâóåò åäèíîå ýëåêòðîìàãíèòíîå
ïîëå, íî èñòîðè÷åñêè ñëîæèëîñü òàê, ÷òî åãî ðàçëè÷íûå
ïðîÿâëåíèÿ (â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé íàáëþäåíèÿ, îò âûáîðà
ÈÑÎ) ïîëó÷èëè ñàìîñòîÿòåëüíûå íàçâàíèÿ: ýëåêòðè÷åñêîå
âîçäåéñòâèå (ïðè ýòîì ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå íàçûâàåòñÿ
ýëåêòðè÷åñêèì), ìàãíèòíîå âîçäåéñòâèå (â ýòîì ñëó÷àå
ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå íàçûâàåòñÿ ìàãíèòíûì). Ðå÷ü èäåò
ôàêòè÷åñêè î ñòàöèîíàðíûõ èëè ñòàòè÷åñêèõ ïîëÿõ. Èìåííî â
ýòîì ñëó÷àå óðàâíåíèÿ Ìàêñâåëëà ðàñïàäàþòñÿ íà äâå ãðóïïû
óðàâíåíèé, îäíè èç êîòîðûõ îïèñûâàþò ýëåêòðè÷åñêèå
ïðîÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, äðóãèå ìàãíèòíûå. Â
íåñòàöèîíàðíîì æå ñëó÷àå òàêîå ðàçäåëåíèå óæå ñäåëàòü
íåâîçìîæíî, è ïðè âñÿêîì èçìåíåíèè âî âðåìåíè ýëåêòðè÷åñêîãî
(ìàãíèòíîãî) ïîëÿ âîçáóæäàþòñÿ âèõðè ìàãíèòíîãî
(ýëåêòðè÷åñêîãî) ïîëÿ. Ïîäîáíûé âçàèìîñâÿçàííûé ïðîöåññ
ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ â ïðîñòðàíñòâå â âèäå ýëåêòðîìàãíèòíûõ
âîëí. È â ëþáîé ÈÑÎ ìîæíî áóäåò îáíàðóæèòü åäèíîå
ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå êàê åäèíóþ ìàòåðèàëüíóþ ñðåäó.
Âñå ýòî, â ïðèíöèïå, áûëî èçâåñòíî è äî ñîçäàíèÿ ÑÒÎ (çà
èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ñ÷èòàëîñü íå
îäíèì èç âèäîâ ìàòåðèè, à îñîáûì ñîñòîÿíèåì ýëåêòðî-
ìàãíèòíîãî ýôèðà). Ãëàâíîå ðàçëè÷èå ðåçóëüòàòîâ ÑÒÎ ïî
ñðàâíåíèþ ñ ôîðìóëàìè äî ðåëÿòèâèñòñêîé ôèçèêè ñîñòîèò â
ðàçëè÷íûõ àíàëèòè÷åñêèõ âûðàæåíèÿõ äëÿ ïðåîáðàçîâàíèé
õàðàêòåðèñòèê ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ.
 êà÷åñòâå èëëþñòðàöèè îòíîñèòåëüíîñòè äåëåíèÿ åäèíîãî
ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ íà ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå
ðàññìîòðèì ñëåäóþùóþ çàäà÷ó: ïî ïðîâîäíèêó èäåò ïîñòîÿííûé
òîê, íóæíî ðàññìîòðåòü ïîëå ýòîãî òîêà, èñõîäÿ èç äâóõ ÈÑÎ
Ïðîâîäíèê è Ýëåêòðîí, ñâÿçàâ êàæäóþ èç íèõ ñ ñîîòâåò-
ñòâóþùèì îáúåêòîì.
 ÈÑÎ Ïðîâîäíèê êðèñòàëëè÷åñêàÿ ðåøåòêà ïðîâîäíèêà
íåïîäâèæíà, à ñ íåêîòîðîé ñêîðîñòüþ è äâèæóòñÿ ýëåêòðîíû
ïðîâîäèìîñòè. Òàê êàê ïî ïðîâîäíèêó òå÷åò ïîñòîÿííûé òîê, òî
ñêîëüêî ýëåêòðîíîâ çàõîäèò â êàêîé ëèáî ó÷àñòîê ïðîâîäíèêà,
ñòîëüêî æå âûõîäèò, ýòî ñëåäóåò èç îïðåäåëåíèÿ ïîñòîÿííîãî
òîêà. Ïîýòîìó, êàê äî çàìûêàíèÿ öåïè, òàê è ïîñëå â öåëîì ïðî-
âîäíèê îêàçûâàåòñÿ íåéòðàëüíûì. Ìàòåìàòè÷åñêè ýòî ìîæíî
çàïèñàòü òàê:
−+
−=
ρρ
èëè
−+
+
ρρ
=0, ãäå
+
ρ
è
ρ
_ îáúåìíûå
ïëîòíîñòè ïîëîæèòåëüíûõ çàðÿäîâ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè è
ýëåêòðîíîâ, ñîçäàþùèõ â äàííîé ÈÑÎ ýëåêòðè÷åñêèé òîê ñ
ïëîòíîñòüþ
uj
x
−
−
=
ρ
, ïðè÷åì
−
ρ
= en, çíàê () ó÷èòûâàåò çíàê
çàðÿäà ýëåêòðîíà, n îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü ýëåêòðîíîâ.
 ÈÑÎ Ýëåêòðîí ýëåêòðîíû ïðîâîäèìîñòè íåïîäâèæíû,
íî äâèæåòñÿ êðèñòàëëè÷åñêàÿ ðåøåòêà ñî ñêîðîñòüþ (u).  ýòîé
ÈÑÎ èçìåíèòñÿ îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü è ïîëîæèòåëüíûõ è
îòðèöàòåëüíûõ çàðÿäîâ ñîãëàñíî ôîðìóëàì, ïîëó÷åííûì âûøå
(16.11):
,
/1
1
22
2
,
cu
c
uj
x
−
⋅
−=
+
++
ρρ
ãäå
+
x
j
= 0, òàê êàê ïîëîæèòåëüíûå èîíû â ÈÑÎ Ïðîâîäíèê
íåïîäâèæíû. Ñîîòâåòñòâåííî, ó÷èòûâàÿ, ÷òî
,enuj
x
−=
−
èìååì:
.
/1
22
2
,
cu
c
uj
x
−
−
=
−
−
−
ρ
ρ
Ñîñòàâèì âûðàæåíèå
,
/1
222
22
cuc
une
−
⋅
=
′
+
′
−+
ρρ
÷òî áîëüøå íóëÿ, ò. å. ïðîâîäíèê â ÈÑÎ Ýëåêòðîí ïðèîáðåòàåò
ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä. È åñëè â ÈÑÎ Ïðîâîäíèê âîêðóã
ïðîâîäíèêà ñ ïîìîùüþ ïðèáîðîâ (ò.å. îáúåêòèâíî) ìîæíî
îáíàðóæèòü ìàãíèòíîå ïîëå, òî â ÈÑÎ Ýëåêòðîí ïðèáîðû
çàôèêñèðóþò è ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå (îò çàðÿæåííîãî ïðîâîäíèêà),
è ìàãíèòíîå ïîëå (îò òîêà, ñâÿçàííîãî ñ äâèæåíèåì èîíîâ ðåøåòêè
â ýòîé ÈÑÎ).
âîçíèêíîâåíèÿ) ìàòåðèè ïðè ýòîì íå ïðîèñõîäèò: íè â îäíîé ÈÑÎ ñòîëüêî æå âûõîäèò, ýòî ñëåäóåò èç îïðåäåëåíèÿ ïîñòîÿííîãî
íåëüçÿ îäíîâðåìåííî óñòðàíèòü è ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå òîêà. Ïîýòîìó, êàê äî çàìûêàíèÿ öåïè, òàê è ïîñëå â öåëîì ïðî-
âîçäåéñòâèå. Äåëî â òîì, ÷òî ñóùåñòâóåò åäèíîå ýëåêòðîìàãíèòíîå âîäíèê îêàçûâàåòñÿ íåéòðàëüíûì. Ìàòåìàòè÷åñêè ýòî ìîæíî
ïîëå, íî èñòîðè÷åñêè ñëîæèëîñü òàê, ÷òî åãî ðàçëè÷íûå çàïèñàòü òàê: ρ + = − ρ − èëè ρ + + ρ − =0, ãäå ρ + è ρ _ îáúåìíûå
ïðîÿâëåíèÿ (â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé íàáëþäåíèÿ, îò âûáîðà ïëîòíîñòè ïîëîæèòåëüíûõ çàðÿäîâ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè è
ÈÑÎ) ïîëó÷èëè ñàìîñòîÿòåëüíûå íàçâàíèÿ: ýëåêòðè÷åñêîå ýëåêòðîíîâ, ñîçäàþùèõ â äàííîé ÈÑÎ ýëåêòðè÷åñêèé òîê ñ
âîçäåéñòâèå (ïðè ýòîì ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå íàçûâàåòñÿ
ýëåêòðè÷åñêèì), ìàãíèòíîå âîçäåéñòâèå (â ýòîì ñëó÷àå ïëîòíîñòüþ j x− = ρ − u , ïðè÷åì ρ − = en, çíàê () ó÷èòûâàåò çíàê
ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå íàçûâàåòñÿ ìàãíèòíûì). Ðå÷ü èäåò çàðÿäà ýëåêòðîíà, n îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü ýëåêòðîíîâ.
ôàêòè÷åñêè î ñòàöèîíàðíûõ èëè ñòàòè÷åñêèõ ïîëÿõ. Èìåííî â  ÈÑÎ Ýëåêòðîí ýëåêòðîíû ïðîâîäèìîñòè íåïîäâèæíû,
ýòîì ñëó÷àå óðàâíåíèÿ Ìàêñâåëëà ðàñïàäàþòñÿ íà äâå ãðóïïû íî äâèæåòñÿ êðèñòàëëè÷åñêàÿ ðåøåòêà ñî ñêîðîñòüþ (u).  ýòîé
óðàâíåíèé, îäíè èç êîòîðûõ îïèñûâàþò ýëåêòðè÷åñêèå ÈÑÎ èçìåíèòñÿ îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü è ïîëîæèòåëüíûõ è
ïðîÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, äðóãèå ìàãíèòíûå.  îòðèöàòåëüíûõ çàðÿäîâ ñîãëàñíî ôîðìóëàì, ïîëó÷åííûì âûøå
íåñòàöèîíàðíîì æå ñëó÷àå òàêîå ðàçäåëåíèå óæå ñäåëàòü (16.11):
íåâîçìîæíî, è ïðè âñÿêîì èçìåíåíèè âî âðåìåíè ýëåêòðè÷åñêîãî
(ìàãíèòíîãî) ïîëÿ âîçáóæäàþòñÿ âèõðè ìàãíèòíîãî j +u 1
ρ +, = ρ + − x2 ⋅ ,
(ýëåêòðè÷åñêîãî) ïîëÿ. Ïîäîáíûé âçàèìîñâÿçàííûé ïðîöåññ
c 1 − u2 / c2
ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ â ïðîñòðàíñòâå â âèäå ýëåêòðîìàãíèòíûõ
âîëí. È â ëþáîé ÈÑÎ ìîæíî áóäåò îáíàðóæèòü åäèíîå ãäå j x+ = 0, òàê êàê ïîëîæèòåëüíûå èîíû â ÈÑÎ Ïðîâîäíèê
ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå êàê åäèíóþ ìàòåðèàëüíóþ ñðåäó. íåïîäâèæíû. Ñîîòâåòñòâåííî, ó÷èòûâàÿ, ÷òî j x− = − enu, èìååì:
Âñå ýòî, â ïðèíöèïå, áûëî èçâåñòíî è äî ñîçäàíèÿ ÑÒÎ (çà
èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ñ÷èòàëîñü íå j x− u
îäíèì èç âèäîâ ìàòåðèè, à îñîáûì ñîñòîÿíèåì ýëåêòðî- ρ− −
ρ −, = c2 .
ìàãíèòíîãî ýôèðà). Ãëàâíîå ðàçëè÷èå ðåçóëüòàòîâ ÑÒÎ ïî
1 − u / c2
2
ñðàâíåíèþ ñ ôîðìóëàìè äî ðåëÿòèâèñòñêîé ôèçèêè ñîñòîèò â
ðàçëè÷íûõ àíàëèòè÷åñêèõ âûðàæåíèÿõ äëÿ ïðåîáðàçîâàíèé Ñîñòàâèì âûðàæåíèå
õàðàêòåðèñòèê ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ.
e2n ⋅ u 2
 êà÷åñòâå èëëþñòðàöèè îòíîñèòåëüíîñòè äåëåíèÿ åäèíîãî ρ +′ + ρ −′ = ,
ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ íà ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå c2 1 − u2 / c2
ðàññìîòðèì ñëåäóþùóþ çàäà÷ó: ïî ïðîâîäíèêó èäåò ïîñòîÿííûé ÷òî áîëüøå íóëÿ, ò. å. ïðîâîäíèê â ÈÑÎ Ýëåêòðîí ïðèîáðåòàåò
òîê, íóæíî ðàññìîòðåòü ïîëå ýòîãî òîêà, èñõîäÿ èç äâóõ ÈÑÎ ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä. È åñëè â ÈÑÎ Ïðîâîäíèê âîêðóã
Ïðîâîäíèê è Ýëåêòðîí, ñâÿçàâ êàæäóþ èç íèõ ñ ñîîòâåò- ïðîâîäíèêà ñ ïîìîùüþ ïðèáîðîâ (ò.å. îáúåêòèâíî) ìîæíî
ñòâóþùèì îáúåêòîì. îáíàðóæèòü ìàãíèòíîå ïîëå, òî â ÈÑÎ Ýëåêòðîí ïðèáîðû
 ÈÑÎ Ïðîâîäíèê êðèñòàëëè÷åñêàÿ ðåøåòêà ïðîâîäíèêà çàôèêñèðóþò è ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå (îò çàðÿæåííîãî ïðîâîäíèêà),
íåïîäâèæíà, à ñ íåêîòîðîé ñêîðîñòüþ è äâèæóòñÿ ýëåêòðîíû è ìàãíèòíîå ïîëå (îò òîêà, ñâÿçàííîãî ñ äâèæåíèåì èîíîâ ðåøåòêè
ïðîâîäèìîñòè. Òàê êàê ïî ïðîâîäíèêó òå÷åò ïîñòîÿííûé òîê, òî â ýòîé ÈÑÎ).
ñêîëüêî ýëåêòðîíîâ çàõîäèò â êàêîé ëèáî ó÷àñòîê ïðîâîäíèêà,
116 117
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- …
- следующая ›
- последняя »
