Електродинаміка суцільних середовищ

Електродинаміка суцільних середовищ — розділ фізики суцільних середовищ, в якому вивчаються електричні, магнітні та оптичні властивості суцільного середовища. Якщо середовище являє собою частково або повністю іонізований газ, то уживаніший термін фізика плазми.

Електромагнітні характеристики суцільного середовища

Електричні та магнітні властивості суцільного середовища описуються тензором діелектричної проникності ${\displaystyle \!\,\epsilon _{ij}}$, тензором магнітної проникності ${\displaystyle \!\,\mu _{ij}}$ і тензором питомої провідності ${\displaystyle \!\,\sigma _{ij}}$ середовища, причому всі ці величини можуть залежати від координат і від часу.

Для стаціонарних явищ, тензори діелектричної та магнітної проникності впливають на вигляд ліній напруженості електричного і магнітного полів у середовищі, а тензор питомої провідності — на напрям течії струму під дією зовнішніх сил (див. закон Ома).

При розгляді нестаціонарних явищ корисно замість ${\displaystyle \!\,\epsilon _{ij}(t)}$, ${\displaystyle \!\,\mu _{ij}(t)}$ і ${\displaystyle \!\,\sigma _{ij}(t)}$ ввести їх фур'є-образи ${\displaystyle \!\,\epsilon _{ij}(\omega )}$, ${\displaystyle \!\,\mu _{ij}(\omega )}$ і ${\displaystyle \!\,\sigma _{ij}(\omega )}$. Саме ці характеристики середовища будуть «відчуватися» плоскою електромагнітною хвилею з частотою ${\displaystyle \!\,\omega }$, яка розповсюджується в середовищі.

Електро- та магнітооптичні явища

Як правило, величини ${\displaystyle \!\,\epsilon _{ij}(t)}$, ${\displaystyle \!\,\mu _{ij}(t)}$ і ${\displaystyle \!\,\sigma _{ij}(t)}$ мають несиметричний профіль в залежності від часу. Це призводить до того, що їх фур'є-образи стають комплексними величинами. Фізично це призводить до того, що електромагнітна хвиля, що розповсюджується в середовищі, експоненціально затухає.

Всі описані вище тензори можуть змінюватися під дією зовнішніх електричних і магнітних полів, що призводить до різноманітних електрооптичних і магнітооптичних ефектів.

Наприклад, деякі ізотропні середовища (феромагнетики, плазма) при накладенні зовнішнього магнітного поля ведуть себе анізотропно — з'являються недіагональні компоненти тензорів магнітної та діелектричної проникності. При поздовжньому поширенні електромагнітної хвилі, коли напрям поширення хвилі паралельний напрямку магнітних силових ліній зовнішнього поля, спостерігається ефект Фарадея. Він полягає в тому, що електромагнітні хвилі з правої і лівої круговою поляризацією поширюються в середовищі з різною швидкістю. Як результат, у випадку лінійно поляризованої хвилі, що поширюється, яка може бути представлена суперпозицією двох хвиль з круговою поляризацією протилежного напрямку обертання, площина поляризації хвилі обертається у міру поширення в середовищі.

Інший широко відомий ефект, також пов'язаний з появою недіагональні елементів тензора, полягає у виникненні подвійного променезаломлення середовища при накладанні постійного електричного поля і носить назву ефекту Керра.

Література

• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред.