Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СЙЛЫ в электродинамике — силы, действующие на тела в электрич. и магн. полях. Термин «П. с.» введён во времена, когда наряду с весомыми телами признавалось существование невесомых субстанций (эфир, электрич. жидкость и т. п.); в совр. лексиконе иногда говорят просто об эл.-магн. силах.
Плотность П. с. связана с тензором напряжений OiJc (см. Напряжение механическое) соотношением
, agOt
,
где /| — і-я компонента плотности П, с., xfe — пространственные координаты (і, к = 1, 2, 3). В электрнч. поле П. с. действуют как на проводящие, так и на дн-электрич. тела. Для изотропной жидкой диэлектрич. среды
f=
і
8л
-fr ve^'
(1)
где г — диэлектрич. проницаемость, т — плотность среды, р — плотность сторонних зарядов (здесь H далее используется гауссова система единиц). Последний член описывает силы, действующие на стороинне заряды в диэлектрике. Наиб, простой вид плотность объёмных П. с. имеет в газе, где е пропорциональна т:
в— 1
8л
VBa.
86
В случае металлов в электростатич. поле П. с. действуют только на нх поверхность, создавая «отрицательное» давление, равное К2/8я, где E — поле на поверхности проводника (ортогональное ей). В случае твёрдого диэлектрика ф-лы для П. с. имеют более сложный вид, поскольку в (1) необходимо добавить члены, связанные с нзмененнем тензора диэлектрич. проницаемости под действием деформаций сдвнга, не изменяющих плотность тела. Кроме того, в кристаллах ряда низко-симметрнч. крнсталлич. классов — пьезоэлектриках — возникают напряжения, пропорциональные не второй, а первой степени электрнч. поля.
Объёмные интегралы, определяющие полную силу F н момент снл К, действующие на тело в целом, можно свести к интегралам по поверхности Si охватывающей это тело:
F= -^-(?{е(йБ) - -у-
В
K= -^-(?{[гБ](яБ)- -^E*[rnj}dS,
(2)
где е — диэлектрич. проницаемость внеш. (однородной) среды, г н я — радиус-вектор н внеш. нормаль к элементу поверхности. Эти силы, в частности, приводят к втягиванию диэлектрика в области с большими значениями Е.
Аналогично случаю электрнч. поля на тело с магнитной проницаемостью р. действует сила со стороны мага, поля с объёмной плотностью
н¦
8л
VH--T-[/HJ- (3)
Первые два члена связаны с воздействием непосредственно на магнетик, последний член — с силами, дейст* вующнмн на токн проводимости и токи, связанные с перемещением сторонних зарядов. В случае p. =? 1 этот член оказывается основным н сила, действующая на проводник с током, равна
F= -Hwv-
(4)
Эта ф-ла применима как к жидким, так и к твёрдым проводникам. Если принять, что ток } протекает по лй-ненному (т. е. тонкому) проводнику, а магн. поле Я создаётся др. линейными проводниками с током, то из (4) следует Био — Caeajoa закон. В общем случае ф-ла (4) определяет также «внутренние» силы, с к-рыми разл. участки проводника воздействуют друг на друга. Так, на катушку с током действуют П. с., сжимающие ев вдоль оси н растягивающие в радиальном направлении, что, в частности, затрудняет получение сильньц маги, полей из-за ограниченной механич. прочносм катущки.
П. с. часто удобнее вычислять, используя закон сохранения энергии для системы тел с учётом полей. Под действием П. с. происходит деформация тел — электро-стрикция и маёнитострикция, поэтому для вычисления равновесных состояний необходимо учитывать н силы упругостн, возникающие при такой деформации,
В перем, эл.-магн. поле объёмная плотность П. с. отличается от суммы выражений (1) н (2) дополнит, слагаемым [(ер. — i)/4nc\d[EH]/&t, называемым с и-лой Абрагама. Одной из разновидностей П. с. являются силы давления эл.-магн. волн (передача импульса н момента импульса телу при поглощении, отражении и преломлении эл.-магн. волн), в частности давление света и Садовского эффект.
Лит.: Тамм И. E., Основы теории электричества, 10 изд., М., 1989; Ландау. Л. Д., Лифшиц Е. М., Электродив*. иика сплошных сред, 2 изд., М., 1982; Сив у хин Д. В., Обший курс физики, 2 изд., [т. 3] — Электричество, М., 1983,
А. Н. Васильев,
ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА — волна, у к-рой характеризующая её векторная величина лежит в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (для гармоннч. волн — волновому вектору к), К П. в. относят, напр., волны в струнах илн упругих мембранах, когда смещения частнц в ннх происходят строго перпендикулярно направленню распространения волн, а также плоские однородные эл.-магн, в о лих в изотропном диэлектрике илн магнетике; в этом случае поперечные колебания совершают векторы электрнч. н магн. полей.
П. в. обладает поляризацией, т. е. вектор её амплитуды определ. образом ориентирован в поперечної плоскости. В частности, различают линейную, круговую н эллиптич. полырнэацни в зависимости от формк кривой, к-рую описывает конец вектора амплитуды (см. Поляризация волн, Поляризация света). Понятие П. в.
іан же, как н продольной йолны, до нек-рой степени условно и связано со способом её описаний. «Лопереч-иость» н «продольность» волны определяются тем, какие величины реально наблюдаются. Так, плоская эл,-«агн. волна может описываться продольным Герца сектором. В ряде случаев разделение воли на продоль-ше н поперечные вообще теряет смысл. Так, в гармония. волне на поверхности глубокой воды (см. Волны М\ поверхности жидкости) частицы среды совершают круговые движения в вертик. плоскости, проходящей через волновой вектор к, т. е. колебания частиц имеют как продольную, так и поперечную составляющие.