Индукция (в физике)
Индукция (в физике)
Индукция электрическая и магнитная, физические величины, характеризующие (наряду с напряжённостями электрического и магнитного полей) электромагнитное поле. В вакууме эти характеристики совпадают с соответствующими напряжённостями, если пользоваться СГС системой единиц (Гаусса); в Международной системе единиц (СИ) они различаются постоянными множителями.
Вектор электрической индукции D (называемый также электрическим смещением) является суммой двух векторов различной природы: напряжённости электрического поля Е - главной характеристики этого поля - и поляризации Р, которая определяет электрическое состояние вещества в этом поле. В системе Гаусса: D= E +4pP???????????? (1)
(4p - постоянный коэффициент); в системе СИ D=e0E + P,?? ??????????? (1¢)
где e0 - размерная константа, называемая электрической постоянной или диэлектрической проницаемостью вакуума. Вектор поляризации Р представляет собой электрический дипольный момент единицы объёма вещества в поле Е,т. е. сумму электрических дипольных моментов pi, отдельных молекул внутри малого объёма DV, деленную на величину этого объёма:
В изотропном веществе, не обладающем сегнетоэлектрическими свойствами (см. Сегнетоэлектричество), при слабых полях вектор поляризации прямо пропорционален напряжённости поля. В системе Гаусса P = cеЕ,?????????????????????? (3)
где ce - безразмерная величина, называемая коэффициентом поляризации или диэлектрической восприимчивостью. Именно она характеризует электрические свойства вещества. Для сегнетоэлектриков ce зависит от Е, так что связь Р и Е становится нелинейной.
Подставляя выражение (3) в (1), получим: D=(1 + 4pcе)Е = eЕ.???????????? (4) Величина e = 1 + 4pce,?????????????? (5)
также характеризующая электрические свойства вещества, называется диэлектрической проницаемостью.В системе СИ Р =cee0E(3¢)
и, соответственно, D = e0eЕ,???????????????????? (4?) e = 1 + ce.??????????????????? (5?)
Смысл введения вектора электрической И. состоит в том, что поток вектора D через любую замкнутую поверхность определяется только свободными зарядами, а не всеми зарядами внутри объёма, ограниченного данной поверхностью, подобно потоку вектора Е. Это позволяет не рассматривать связанные (поляризационные) заряды и упрощает решение многих задач.
Вектор магнитной индукции В - основная характеристика магнитного поля, представляющая собой среднее значение суммарной напряжённости микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и др. элементарными частицами. Вектор же напряжённости магнитного поляН является разностью двух векторов различной природы: вектора Ви вектора намагниченности I. В системе Гаусса Н = В-4pI,
Или (6) В = Н+4pI.
Намагниченность представляет собой магнитный момент единицы объёма и характеризует магнитное состояние вещества. В изотропной среде при слабых полях намагниченность прямо пропорциональна Н: I = cm H,?????????????????????????????????? (7)
где cm - магнитная восприимчивость,характеризующая магнитные свойства вещества. Для ферромагнетиков cm зависит от Н. Подставляя (7) в (6), получим связь между В и Н: В= (1 + 4pcm)H = mН(8)
Величина m = 1 + 4pcm,????????????????????????? (9)
также характеризующая магнитные свойства вещества, называется магнитной проницаемостью.
В системе СИ эти формулы записываются следующим образом: В = m0H + I,???????????????????????????? (6') I = m0cm H,?????????????????????????????? (7') В = m0mН,??????????????????????????????? (8') m = 1 + cm??????????????????????????????? (9')
Константа m0 называется магнитной постоянной или магнитной проницаемостью вакуума. Вектор Н вводится в теорию электромагнитного поля в связи с тем, что циркуляция вектора Н вдоль замкнутого контура, в отличие от циркуляции вектора В, определяется движением только свободных зарядов.
Лит.: Калашников С. Г., Электричество, М., 1970 (Общий курс физики, т. 2), гл. 5 и 11; Фриш С. Э. и Тиморева А. В., Курс общей физики, т. 2, М., 1953, гл. 15, 18.
? Г. Я. Мякишев.