Legile lui Maxwell

Câmpul electromagnetic ca existenţă a materiei, constă din câmpul electric şi câmpul magnetic, care se condiţionează reciproc. Acţiunea câmpului electromagnetic asupra sarcinilor electrice şi a curenţilor electrici ne permite stabilirea mărimilor fizice care caracterizează câmpul electromagnetic.

Maxwell sintetizează noţiunile legate de fenomenele electrice şi de cele magnetice şi pe baza unor ipoteze emite teoria unitară a câmpului electromagnetic. Această teorie priveşte reprezentarea clasică a câmpului electromagnetic în cazul mediilor aflate în repaus şi se exprimă riguros sub forma unui grup de ecuaţii numite ecuaţiile lui Maxwell. Deoarece aceste ecuaţii cuprind toate legile de bază ale câmpului electric şi magnetic ele se numesc ecuaţiile lui Maxwell. În cele ce urmează vom analiza legile clasice ale câmpului electric şi ale câmpului magnetic , de la care s-a plecat în deducerea teoriei unitare.

5.1 Legile clasice ale câmpului electric

5.1.1. Legea lui Coulomb

Această lege dedusă pe cale experimentală ,de către Charles Augustin Coulomb , exprimă interacţiunea dintre două sarcini electrice punctiforme aflate la o distanţă r una de alta. Expresia matematică a acestei legi este:

unde: εo=8,86 10-12 F /m este o constantă universală reprezentând permitivitatea vidului;

εr este permitivitatea relativă a mediului în care se află sarcinile electrice; această mărime ne arată de câte ori forţa dintre cele două sarcini este mai mică în mediu decât în vid.

Observaţii:

- În calcule este mai comod să se folosească valoarea:

- Forţa electrostatică este o forţă de tip central, deci lucrul mecanic efectuat de această forţă nu depinde de drumul urmat:

- Dacă există un sistem finit de sarcini electrice punctiforme , forţa care acţionează asupra unei sarcini punctiforme de probă este suma vectorială a forţelor exercitate de fiecare sarcină în parte asupra sarcini probă.

- Pentru un sistem de sarcini electrice uniform distribuite, pentru a calcula forţa ce acţionează asupra unei sarcini de probă se defineşte mai întâi densitatea de sarcină după cum urmează:

densitatea volumică de sarcină

densitatea superficială de sarcină

densitatea liniară de sarcină

înlocuind pe q2 pe rând cu expresiile sarcinilor totale se obţin relaţiile:

5.1.2. Intensitatea câmpului electric

Orice sarcină electrică creează în jurul său un câmp electric prin intermediul căruia acţionează asupra altor sarcini vecine. Dacă o sarcină electrică de probă q0 se află în vid ,distanţa r de sarcina punctiformă q , asupra sarcinii electrice de probă acţionează forţa:

Pentru orice valoare a sarcinii de probă q0 raportul dintre forţă şi sarcina de probă este un vector determinat de sarcina electrică q şi de distanţa r.

Raportul definit mai sus reprezintă intensitatea câmpului electric:

Observaţii:

- Intensitatea câmpului electric se defineşte în fiecare punct din spaţiu şi este o mărime vectorială, deci câmpul electric este un câmp vectorial de intensităţii.