Електромагнітні хвилі у речовині

Вільні і зв’язані заряди. Діелектрики. Електрична поляризація. [4]

Магнетики. Намагніченість. [4]

Струми провідності, намагнічування і поляризації. [4]

Рівняння Максвелла для середовища. Матеріальні рівняння. Граничні умови. [4]

Основні поняття і закони

Якщо речовина знаходиться е зовнішньому електричному полі, то під дією поля змінюється характер руху електронів і ядер, що входять до складу молекул речовини. В результаті цього вона, залишаючись електронейтраль-ною, може поляризуватися, тобто переходити у такий стан, коли кожний елемент її об’єму володіє відмінним від нуля електричним дипольним моментом . Кількісною мірою поляризації речовини є вектор поляризації - (дипольний момент одиниці об’єму:

, (4.1)

де n – кількість диполів з моментами , що містяться у об’ємі V речовини.

Існування дипольних моментів у об’ємі речовини приводить до появи електричного поля. З вигляду потенціалу цього поля, згідно з (1.31 – 32), можна зробити висновок, що існування ненульового вектора поляризації рівносильне існуванню в речовині зв’язаних зарядів густина яких

,

або у іншій формі

. (4.2)

З цього випливає, що зв’язані заряди відсутні у середовищах, молекули яких не поляризуються (наприклад, у провідниках), або поляризація яких однорідна. Неоднорідність поляризації середовища рівносильна появі у ньому струмів поляризації, густина яких, згідно закону збереження заряду, визначається швидкістю зміни вектора поляризації:

. (4.3)

Дія зовнішнього магнітного поля на речовину проявляється у впорядкуванні магнітних моментів атомів зовнішнім полем. У результаті цього речовина може намагнічуватись, тобто переходити у стан, який характеризується наявністю відмінного від нуля магнітного моменту у кожного елемента її об’єму. Кількісною мірою намагнічування речовини є її намагніченість (магнітний момент одиниці об’єму) – вектор

, (4.4)

де n – кількість атомів з магнітними моментами , що містяться у об’ємі V речовини. Із співвідношень (2.14) і (2.11) випливає, що намагнічування речовини еквівалентне появі у ній струмів намагніченості, густина яких

. (4.5)

Наявність зв’язаних зарядів, струмів поляризації і струмів намагніченості призводить до того, що характеристики поля у речовині відрізняються від характеристик поля у вакуумі. Електромагнітне поле у речовині описується системою рівнянь Максвелла-Лоренца

(4.6)