Тензор электромагнитного поля

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
 Просмотр этого шаблона  Классическая электродинамика
VFPt Solenoid correct2.svg
Электричество · Магнетизм
См. также: Портал:Физика

Тензор электромагнитного поля — это антисимметричный, дважды ковариантный тензор, являющийся обобщением напряжённости электрического и индукции магнитного поля для произвольных преобразований координат. Он используется для инвариантной формулировки уравнений электродинамики, в частности, с его помощью можно легко обобщить электродинамику на случай наличия гравитационного поля.

Определение[править | править вики-текст]

Тензор электромагнитного поля определяется через 4-потенциал по формуле

Хотя он выражается через обычные производные, а не ковариантные, он является тензором относительно произвольных преобразований координат. Это следует из того, что то же выражение можно записать через ковариантные производные:

Если рассматривать 4-потенциал как 1-форму на пространстве-времени, то тензор электромагнитного поля выражается как внешняя производная

Отсюда также очевидна его инвариантность.

Свойства[1][править | править вики-текст]

  •  — антисимметричный тензор 2-го ранга, имеет 6 независимых компонент.
  • Преобразования координат сохраняют два инварианта, следующих из тензорных свойств поля:

Выражение для компонент[править | править вики-текст]

Ковариантные компоненты тензора электромагнитного поля имеют вид

Такая зависимость антисимметричного тензора от двух векторов условно записывается как

Контравариантные компоненты (в пространстве с метрикой Минковского) имеют вид

что обозначается как

Таким образом, оказывается, что векторы электрического и магнитного полей преобразуются в общем случае линейных преобразований не как векторы, а как компоненты тензора типа (0,2). Закон их преобразований при переходе в систему отсчёта, движущуюся со скоростью V вдоль оси X, имеет вид

Применение[править | править вики-текст]

Непосредственно из определения следует, что

В компонентах это выражение принимает вид

где  — символ Леви-Чивиты для 4-хмерного пространства. Если расписать это выражение через компоненты векторов электрического и магнитного поля, то оно совпадёт с первой парой уравнений Максвелла:

Вторая пара уравнений Максвелла выражается через тензор электромагнитного поля как

где  — вектор 4-тока.

Также можно записать их через звёздочку Ходжа:

Сила Лоренца выражается через вектор 4-скорости частицы и заряд по формуле

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. [http://femto.com.ua/articles/part_1/1333.html Инварианты электромагнитного поля - Физическая энциклопедия]. femto.com.ua. Проверено 4 марта 2016.

Литература[править | править вики-текст]