Плотность потока энергии электромагнитного поля в цепи постоянного тока. Выделение джоулева тепла в проводнике.

По цилиндрическому проводнику радиуса r течет постоянный ток с плотностью .

На поверхности проводника напряженности электрического и магнитного полей направлены так, как показано на рис. 13.5. Их модули соответственно равны

(закон Ома) и

(теорема о циркуляции вектора ).

Рис. 13.5.

Плотность потока энергии

Вектор Пойнтинга направлен от поверхности внутрь проводника (рис. 13.5.).

В единицу времени внутрь проводника длины l через его боковую поверхность втечет энергия

.

Вспомним, что — это джоулево тепло, выделяющееся в единичном объеме проводника ежесекундно (закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме), а — объем участка проводника. Следовательно — джоулево тепло, выделяющееся за единицу времени на участке l проводника!

Наш расчет привел к неожиданному результату: тепло, выделяющееся в проводнике, есть электромагнитная энергия, втекающая в проводник через его поверхность, а не перемещается вдоль его оси вместе с носителями заряда, как это могло бы показаться на первый взгляд.

Лекция 14 «Магнетизм как релятивистский эффект»

План лекции

1. Магнитная сила — релятивистское следствие закона Кулона.

2. Релятивистские преобразования магнитных и электрических полей.

2.1. Пример 1.

2.2. Пример 2.

При изучении свойств электрических и магнитных полей может сложиться ошибочное впечатление, что это совсем не связанные друг с другом объективные реальности.

Однако уже максвелловская теория электродинамики устанавливает глубокую внутреннюю связь между ними: всякое изменение магнитного поля сопровождается появлением в пространстве вихревого электрического, а переменное электрическое поле является источником магнитного.

Связь магнитного и электрического полей проявляется не только при их изменении во времени. Одно поле переходит в другое при движении полей относительно наблюдателя.

Заряд, неподвижный в лабораторной системе отсчета, создает в пространстве электростатическое поле. Но тот же заряд может рассматриваться движущимся наблюдателем как элементарный электрический ток. Это означает, что в движущейся системе отсчета этот же заряд будет создавать магнитное поле.

Рассмотрим эти интересные эффекты на ряде простых примеров.