Elektrodynamika klasyczna ? dział fizyki zajmuj?cy si? własno?ciami i oddziaływaniem obiektow naładowanych, oraz opisem towarzysz?cych temu zjawisk, z pomini?ciem efektow kwantowych . Elektrodynamika klasyczna opisuje aspekty klasyczne jednego z czterech podstawowych oddziaływa? przyrody ? oddziaływa? elektromagnetycznych . Podstawowymi poj?ciami elektrodynamiki klasycznej s? pole elektryczne , pole magnetyczne , ładunek elektryczny , oraz pr?d elektryczny . Podstaw? teorii tworz? rownania Maxwella ( James Clerk Maxwell ) i zasada zachowania ładunku . Z tych praw mo?na wyprowadzi? rownanie falowe , prawo Biota-Savarta i inne. Symetria rowna? Maxwella opisana przez transformacje Lorentza oraz nieudane proby ( eksperyment Michelsona-Morleya ) wykrycia ruchu wzgl?dem eteru (klasycznego no?nika fali elektromagnetycznej) doprowadziły do zmiany koncepcji czasu i przestrzeni w szczegolnej teorii wzgl?dno?ci i wyłonienie si? koncepcji czasoprzestrzeni Minkowskiego . Niemo?no?? wytłumaczenia przez elektrodynamik? klasyczn? promieniowania ciała doskonale czarnego oraz zjawiska fotoelektrycznego doprowadziła do powstania mechaniki kwantowej .

Naładowan? elektrycznie materi? opisuje rozkład ładunku elektrycznego ${\displaystyle \rho _{e}}$ i płyn?cy pr?d elektryczny ${\displaystyle \mathbf {j} .}$ S? to ?rodła pola elektromagnetycznego ${\displaystyle (\mathbf {E} ,\mathbf {H} )}$ lub ${\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon \varepsilon _{0}\mathbf {E} ,}$ ${\displaystyle \mathbf {B} =\mu \mu _{0}\mathbf {H} .}$ Zwi?zki mi?dzy nimi opisuj? rownania Maxwella :

Elektrostatyka	Magnetostatyka	Przybli?enie kwazistacjonarne	Rownania Maxwella
${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =0}$	?	${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}}$	${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}}$
${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {D} =\rho _{e}}$	?	${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {D} =\rho _{e}}$	${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {D} =\rho _{e}}$
?	${\displaystyle \nabla \times \mathbf {H} =\mathbf {j} }$	${\displaystyle \nabla \times \mathbf {H} =\mathbf {j} }$	${\displaystyle \nabla \times \mathbf {H} =\mathbf {j} +{\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t}}}$
?	${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0}$	${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0}$	${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0}$

Podstaw? elektrodynamiki s? rownania Maxwella. W pro?ni ${\displaystyle (\varepsilon =1,\mu =1)}$ rozwi?zaniem rowna? Maxwella jest fala elektromagnetyczna . Rozwi?zaniem tych rowna? jest rozkład pola elektrycznego ${\displaystyle \mathbf {E} (\mathbf {x} ,t)}$ i magnetycznego ${\displaystyle \mathbf {B} (\mathbf {x} ,t)}$ wywołany przez zewn?trzny płyn?cy pr?d elektryczny ${\displaystyle \mathbf {j} (\mathbf {x} ,t)}$ i odpowiedni rozkład ładunku elektrycznego ${\displaystyle \rho _{e}(\mathbf {x} ,t).}$ Pola te mo?na opisa? za pomoc? potencjału skalarnego ${\displaystyle \phi }$ i potencjału wektorowego ${\displaystyle \mathbf {A} {:}}$

${\displaystyle \mathbf {E} =-\nabla \phi -{\frac {\partial \mathbf {A} }{\partial t}},}$

${\displaystyle \mathbf {B} =\nabla \times \mathbf {A} .}$

Wielko?ci te wyznaczaj? fizyczne pola w sposob niejednoznaczny. Transformacja:

${\displaystyle \mathbf {A} '(\mathbf {r} ,t)=\mathbf {A} (\mathbf {r} ,t)-\nabla f(\mathbf {r} ,t),}$

${\displaystyle \phi '(\mathbf {r} ,t)=\phi (\mathbf {r} ,t)+{\frac {\partial f(\mathbf {r} ,t)}{\partial t}},}$

gdzie ${\displaystyle f(\mathbf {r} ,t)}$ jest dowolnym polem skalarnym, nazywana transformacj? cechowania nie zmienia warto?ci pol fizycznych ${\displaystyle \mathbf {E} (\mathbf {x} ,t)}$ i ${\displaystyle \mathbf {B} (\mathbf {x} ,t).}$ Zbior transformacji cechowa? ${\displaystyle \exp(if(\mathbf {x} ,t))}$ tworzy lokaln? grup? cechowa? U(1). Lokalno?? oznacza, ?e element grupy jest dowoln? funkcj? punktu w czasoprzestrzeni ${\displaystyle (\mathbf {x} ,t).}$ Grupa cechowania U(1) jest symetri? elektrodynamiki. Na mocy twierdzenia Noether z symetrii tej wynika prawo zachowania ładunku elektrycznego. Nast?pn? konsekwencja tej symetrii jest bezmasowo?? fotonu . Zerowa masa fotonu oznacza, ?e pr?dko?? ?wiatła w pro?ni jest fundamentaln? stał? przyrody c . Nast?pn? konsekwencj? tej symetrii jest daleki zasi?g oddziaływania elektromagnetycznego (dla cz?stki punktowej o ładunku elementarnym e, φ ~ 1/r). Dzi?ki temu mo?emy ogl?da? odległe galaktyki.

Na cz?stk? o ładunku elektrycznym ${\displaystyle \mathbf {q} }$ poruszaj?c? si? w polu elektromagnetycznym działa siła zwana sił? Lorentza opisuj?c? oddziaływanie ładunku z polem elektrycznym i magnetycznym.

${\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} ).}$

Pole elektromagnetyczne niesie energi?, p?d i moment p?du:

${\displaystyle E_{el}=\int d^{3}r\epsilon _{el},\quad P_{el}=\int d^{3}r\pi _{el},\quad L_{el}=\int d^{3}r\lambda _{el},}$

gdzie:

${\displaystyle \epsilon _{el}={\frac {1}{2}}(\mathbf {E} \mathbf {D} +\mathbf {B} \mathbf {H} )}$

jest g?sto?ci? energii pola elektromagnetycznego, a

${\displaystyle \pi _{el}=(\mathbf {D} \times \mathbf {B} )=\epsilon _{0}\mu _{0}\mathbf {S} }$

jest g?sto?ci? p?du pola elektromagnetycznego ( ${\displaystyle \mathbf {S} =\mathbf {E} \times \mathbf {H} }$ jest wektorem Poyntinga ). G?sto?? momentu p?du pola elektromagnetycznego to: ${\displaystyle \lambda _{el}=\mathbf {r} \times \mathbf {\pi _{el}} .}$ Wzory te nie s? prawdziwe dla małych porcji pola elektromagnetycznego ( efekt fotoelektryczny ) co doprowadziło do powstania mechaniki kwantowej .

Pierwotnie elektryczno?? i magnetyzm uwa?ano za odr?bne, niezwi?zane z sob? zjawiska fizyczne . W 1820 roku Oersted odkrył, ?e pr?d elektryczny mo?e wywoła? pojawienie si? pola magnetycznego, a w 1831 Faraday zauwa?ył, ?e poruszaj?cy si? magnes wywołuje pr?d elektryczny w przewodniku. Unifikacji elektryczno?ci i magnetyzmu dokonał James Clerk Maxwell w 1856 roku. Konsekwencj? tej unifikacji było przewidzenie przez Maxwella istnienia fal elektromagnetycznych, potwierdzonego do?wiadczalnie w roku 1888 przez Hertza . Te odkrycia pozwoliły poł?czy? teori? elektryczno?ci, magnetyzmu i optyk? w jednolit? teori? elektrodynamiki.

Kwantowa wersja elektrodynamiki ? elektrodynamika kwantowa jest najbardziej dokładn? teori? fizyczn?. Elektrodynamika jest podstaw? teoretyczn? wspołczesnego post?pu technicznego .

Zobacz publikacj? Elektrodynamika klasyczna w Wikibooks

Bibliografia [ edytuj | edytuj kod ]

• David J. Griffiths: Podstawy elektrodynamiki , PWN, Warszawa, 2005