Потенциалы электромагнитного поля

Потенциалы электромагнитного поля, величины, характеризующие электромагнитное поле. В электростатике векторное электрическое поле можно характеризовать одной скалярной функцией - потенциалом электростатическим. В общем случае для описания произвольного электромагнитного поля вместо двух векторов - магнитной индукции В и напряжённости электрического поля Е можно ввести две др. величины: векторный потенциал А (х, у, z, t) и скалярный потенциал j(x, у, z, t) (где х, у, z - координаты, t - время), при этом В и Е однозначно выражаются через А и j В = rot А, E = -gradj ,???? (1)

где с - скорость света в вакууме.

уравнения для потенциалов поля имеют более простую форму, чем исходные Максвелла уравнения, и поэтому введение П. э. п. упрощает задачу нахождения переменных электромагнитных полей. Существенное упрощение уравнений для П. э. п. возможно благодаря тому, что потенциалы определяются неоднозначно. Если вместо А и j выбрать новые потенциалы А' = А + gradc, ,???? (2)

где c - произвольная функция координат и времени, то векторы В и Е, определяемые уравнениями (1), не изменятся. Инвариантность электромагнитного поля по отношению к преобразованиям потенциалов (2) носит название калибровочной или градиентной инвариантности. Калибровочная инвариантность позволяет наложить на П. э. п. дополнительное условие. Обычно таким дополнительным условием является условие Лоренца: divA + ,???? (3)
где e и m- диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. При использовании условия (3) уравнения для П. э. п. в однородной среде (e = const, m = const), получаемые из уравнений Максвелла, приобретают одинаковую форму: ,???? (4) ;
здесь D-Лапласа оператор, r и j - плотности заряда и тока, a u= ?- скорость распространения электромагнитного поля в среде. Если r = 0 и j =0, то П. э. п. удовлетворяют волновым уравнениям.
уравнения (4) позволяют определить потенциалы А и j по известному распределению зарядов и токов, а следовательно, с помощью формул (1) - характеристики электромагнитного поля В и Е. Частные решения уравнений (4), удовлетворяющие причинности принципу, называют запаздывающими потенциалами. Запаздывающие потенциалы в точке с координатами х, у, z в момент времени t определяются плотностями заряда и тока в точке с координатами х", у", z' в предшествующий момент времени t = t - R/u, где
- расстояние от источника поля до точки наблюдения.
Если заряды и токи распределены в конечной области пространства G, то запаздывающие потенциалы определяются суммированием (интегрированием) элементарных потенциалов от зарядов и токов, сосредоточенных в бесконечно малых объёмах dx'dy'dz", с учётом времени запаздывания: j (х, у, z, t) = , A (х, у, z, t) = ,
Через П. э. п. выражается функция Гамильтона Н заряженной частицы, движущейся в электромагнитном поле: ,???? (6)
где p - импульс частицы, e и m - ее заряд и масса. Соответственно через П. э. п. выражается оператор Гамильтона (гамильтониан) в квантовой механике. ? Лит. см. при ст. Максвелла уравнения.
? Г. Я. Мякишев.