Elektrika in magnetizem

Eléktriko ín magnetízem obravnavamo skupaj, saj so električni in magnetni pojavi povezani. Veji fizike, ki se ukvarja z njimi, včasih pravimo tudi elektrodinamika. Preučuje elektromagnetno valovanje, električno in magnetno polje ter pripadajoče potenciale, ter dinamiko električno nabitih teles.

Osnove elektrodinamike [uredi]

Osnovo za elektrodinamiko predstavljajo Maxwellove enačbe, ki poenoteno opisujejo električne in magnetne pojave.

Iz homogenih Maxwellovih enačb se da pokazati, da lahko jakost električnega polja E in gostoto magnetnega polja B enotno opišemo s skalarnim potencialom $\phi$ in vektorskim potencialom A:

$\mathbf{E} = - \nabla\phi - \frac{\partial \mathbf{A}}{\partial t}$

$\mathbf{B} = \nabla\times\mathbf{A}$

Dejstvo, da nastopa vektorski potencial tako v električnem kot v magnetnem polju, kaže na to, da sta električno in magnetno polje pravzaprav dve predstavitvi enega samega elektromagnetnega polja. Isto se pokaže tudi v relativistični obravnavi elektrodinamike, kjer električno in magnetno polje nastopajo le kot komponente tenzorja elektromagnetnega polja.

Z vrednostmi električnega in magnetnega polja potenciala $\phi$ in A še nista povsem določena. Najdemo lahko več takih potencialov $\phi$ in A, ki privedejo k enakim fizikalnim zakonom. Takšne potenciale povezuje umeritvena transformacija:

$\mathbf{A}'(\mathbf{r},t) = \mathbf{A}(\mathbf{r},t) - \nabla\psi(\mathbf{r},t)$

$\phi'(\mathbf{r},t) = \phi(\mathbf{r},t) + \frac{\partial\psi(\mathbf{r},t)}{\partial t}$

Pri tem je ψ(r,t) poljubno skalarno polje.

Posebni primeri [uredi]

Elektrostatika se omejuje na obravnavo primerov, v katerih električni naboji mirujejo, električno polje pa se s časom ne spreminja.

Magnetostatika obravnava magnetna polja, ki se s časom ne spreminjajo. Ta približek ustreza zahtevi po konstantnih električnih tokovih. V tem približku lahko obravnavamo elektromagnetno indukcijo.

V kvazistacionarnem približku zanemarimo premikalni tok. Približek je primeren za razmeroma nizke frekvence elektromagnetnega polja.

V splošni obravnavi elektromagnetnega valovanja ne uporabimo nobenega od zgornjih približkov.

Posebne primere elektrodinamike lahko ponazorimo s preglednico, v kateri pokažemo, kakšne približke Maxwellovih enačb uporabljamo v katerem od primerov.

Elektrostatika	Magnetostatika	Kvazistacionarno polje	Elektromagnetno valovanje
$\nabla\times\mathbf{E}=0$	$\nabla\times\mathbf{E}=0$	$\nabla\times\mathbf{E}=-\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}$	$\nabla\times\mathbf{E}=\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}$
$\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e$	$\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e$	$\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e$	$\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e$
/	$\nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j}$	$\nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j}$	$\nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j} + \frac{\partial\mathbf{D}}{\partial t}$
/	$\nabla\cdot\mathbf{B}=0$	$\nabla\cdot\mathbf{B}=0$	$\nabla\cdot\mathbf{B}=0$