Электродинамика сплошных сред

Электродина́мика сплошны́х сред — раздел физики сплошных сред, в котором изучаются электрические, магнитные и оптические свойства сплошной среды. Если среда представляет собой частично или полностью ионизованный газ, то более употребителен термин физика плазмы.

Электромагнитные характеристики сплошной среды

Электрические и магнитные свойства сплошной среды описываются тензором диэлектрической проницаемости $\epsilon _{ij}$, тензором магнитной проницаемости $\mu _{ij}$ и тензором удельной проводимости $\sigma _{ij}$ среды, причём все эти величины могут зависеть от координат и от времени.

Для стационарных явлений, тензоры диэлектрической и магнитной проницаемости влияют на вид линий напряжённости электрического и магнитного полей в среде, а тензор удельной проводимости — на направление течения тока под действием внешних сил (см. закон Ома).

При рассмотрении нестационарных явлений полезно вместо $\epsilon _{ij}(t)$, $\mu _{ij}(t)$ и $\sigma _{ij}(t)$ ввести их фурье-образы $\epsilon _{ij}(\omega )$, $\mu _{ij}(\omega )$ и $\sigma _{ij}(\omega )$. Именно эти характеристики среды будут «чувствоваться» плоской электромагнитной волной с частотой $\omega$, распространяющейся в среде.

Электро- и магнитооптические явления

Как правило, величины $\epsilon _{ij}(t)$, $\mu _{ij}(t)$ и $\sigma _{ij}(t)$ имеют несимметричный профиль в зависимости от времени. Это приводит к тому, что их фурье-образы становятся комплексными величинами. Физически это приводит к тому, что электромагнитная волна, распространяющаяся в среде, экспоненциально затухает.

Все описанные выше тензоры могут изменяться под действием внешних электрических и магнитных полей, что приводит к разнообразным электрооптическим и магнитооптическим эффектам.

Например, некоторые изотропные среды (ферромагнетики, плазма) при наложении внешнего магнитного поля ведут себя анизотропно — появляются недиагональные компоненты тензоров магнитной и диэлектрической проницаемости. При продольном распространении электромагнитной волны, когда направление распространения волны параллельно направлению магнитных силовых линий внешнего поля, наблюдается эффект Фарадея. Он заключается в том, что электромагнитные волны с правой и левой круговой поляризацией распространяются в среде с разной скоростью. Как результат, в случае линейно поляризованной распространяющейся волны, которая может быть представлена суперпозицией двух волн с круговой поляризацией противоположного направления вращения, плоскость поляризации волны вращается по мере распространения в среде.

Другой широко известный эффект, также связанный с появлением недиагональных элементов тензора, заключается в возникновении двойного лучепреломления среды при наложении постоянного электрического поля и носит название эффекта Керра.

См. также

• Магнитогидродинамика
• Электрогидродинамика

Литература

• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. — («Теоретическая физика», том VIII).