Классический и квантовый подход к описанию электромагнитных явлений. Заряд и его фундаментальные свойства – сохранения и квантование заряда.

Электродинамика и магнетизм

Раздел 1. Электрические заряды. Электрическое поле.

Классический и квантовый подход к описанию электромагнитных явлений. Заряд и его фундаментальные свойства – сохранения и квантование заряда.

В основе данной теории лежат полевые представления о взаимодействиях электрических зарядов. Электрическое поле создаётся электрическим зарядом, В рамках электростатической модели заряд и электрической поле неразделимы. В рамках более общей динамической модели, считается, что

объективно существует электромагнитное поле, которое может существовать и без зарядов и токов.

Свойства электрического поля и заряда:

1. Заряды существуют в двух формах: положительные и отрицательные. Это деление условно. При этом существуют элементарные (наименьшие) заряды обоих знаков.

2. Элементарные электрические заряды совпадают по величине (до двадцатого знака после запятой) и противоположны по знаку.

3. Заряды не возникают из ничего и не исчезают бесследно. Отсюда следует закон сохранения заряда.

4. Заряд инвариантен ко всем преобразованиям координат.

5. Заряд создаёт электрическое поле. Объективно существует электрическое и магнитное поля, они неразделимы. Но в каких-то частных случаях их условно можно исследовать отдельно.

6. Электрическое поле действует с некоторой силой на заряд, помещённый в данную точку поля.

7. Электрическое поле “без дыр”, заполняет всё предоставленное ему пространство.

8. Электрическое поле материально, то есть обладает энергией, импульсом и массой.

9. Электрическое поле зарядов потенциально, то есть работа сил поля, не зависит от формы пути (траектории), а зависит от выбора начальной и конечной точек перемещения.

Существует два подхода к исследования электрического поля и зарядов: классический и квантовый.

Классический подход Величина заряда может быть любой.   Расстояние между зарядами можно измерять с любой точностью (т.е точно определить координаты точечного заряда).   Классического подхода достаточно для решения прикладных задач.

Квантовый подход Величина заряда должна быть кратна элементарному, то есть она дискретна. Существует принцип неопределенности, то есть мы можем определить расстояние между зарядами (точечными) лишь с некоторой точность Частицы носят и волновой и корпускулярный характер (и волна, и частица). Координату частицы-волны невозможно указать точно, поэтому можно говорит лишь о вероятности обнаружить её в данной точке. Квантовый подход необходим для сложных исследование, например, для изучения распределения электронов внутри атомов, молекул, твердых тел.

Закон сохранения заряда:В замкнутой системе заряд есть величина постоянная. Замкнутая система – это система, через границу которой не должен проходить заряды или силовые поля