Надо Знать

добавить знаний



Поле (физика)



План:


Введение

Физическое поле - вид материи на макроскопическом уровне, посредник взаимодействия между частицами вещества или удаленными друг от друга макроскопическими телами. Примерами поля физического есть электромагнитное поле, гравитационное поле, поле ядерных сил.

Часто понятие "поле" применяют к совокупности распределенных физических величин, как, например, векторное поле скоростей и скалярные поля давлений и температур в потоке жидкости или газа, тензорное поле механических напряжений в деформированном твердом теле. В отличие от этих полей, которые являются определенными возмущениями в среде, физические поля материальными, то есть не требуют иного субстрата для своего существования.

Понятие силового поля возникло в классической механике, которая использует принцип дальнодействия, и было способом описания взаимодействия между частицами вещества.

Физическое поле приобрело характер физической реальности с установкой конечности скорости распространения взаимодействия ( электромагнитное и гравитационное поля) и возникновением классической электродинамики и теории относительности. Противопоставление вещества и поля как дискретного и непрерывного было снято на уровне элементарных частиц.

Квантовая теория поля с помощью квантования ставит каждой частице в соответствии поле с определенными трансформационными свойствами относительно пространства-времени и групп симметрий частиц.


1. Поле в классической физике

Идея силового поля в классической физике в том, чтобы выделить в силах, действующих на физическое тело, множители, характеризующие тело и множители, характеризующие другие тела. Например, сила гравитации, действующая на тело массой m со стороны других тел с массами m_j может быть записана по закону всемирного тяготения в виде

\ Mathbf {F} = - \ sum_j G \ frac {m m_j} {R_j ^ 3} \ mathbf {R} _j ,

где G - гравитационная постоянная, а \ Mathbf {R} _j = \ mathbf {r} - \ mathbf {r} _j - Расстояние между данным телом и телом с индексом j.

Выделяя в этом выражении массу выбранного тела, можно записать

\ Mathbf {F} = m \ mathbf {g} ,

где величина

\ Mathbf {g} (\ mathbf {r}) = - \ sum_j G \ frac {m_j} {R_j ^ 3} \ mathbf {R} _j

не зависит от характеристики (массы) исследуемого тела.

Векторное поле \ Mathbf {g} (\ mathbf {r}) в физике называют гравитационным полем.

Аналогичным образом, для заряда q, которая взаимодействует с другими зарядами q_i можно записать

\ Mathbf {F} = q \ mathbf {E} ,

где \ Mathbf {E} - векторное поле, которое называется напряженностью электрического поля и равна

\ Mathbf {E} = \ sum_j \ frac {q_j} {R_j ^ 3} \ mathbf {R} _j . [1]

В этом случае сила взаимодействия тоже записывается как произведение характеристики исследуемого тела (заряда), а вся информация о других заряды сводится к введению единой векторной величины - напряженности электрического поля.

Приведенные определения полей опираются на принцип дальнодействия и справедливы лишь для классической физики. Если частицы, которые определяют поле двигаться, то в рамках классической физики, изучаемая частица моментально чувствовать изменение их положения.

Однако, при применении принципа близкодействия, справедливого в рамках теории относительности, информация о перемещении тел передается не мгновенно и требует посредника, поэтому понятие поля набирает значение отдельной сущности, перемещение которой в пространстве требует для своего описания отдельных уравнений.

Так, с учетом близкодействия, сила, действующая на заряд, снова записываться

\ Mathbf {F} = q \ mathbf {E} ,

однако напряженность электрического поля \ Mathbf {E} находится с уравнений Максвелла. Она равна приведенном выше выражения только в случае неподвижных зарядов.

Подробные сведения по этой теме Вы можете найти в статье Запаздывание.


2. Теории поля

Литература

Примечания

  1. Формулы на этой странице записаны в системе СГС Г. Для превращения в систему СИ смотри Правила перевода формул системы СГС в систему СИ.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам