În electrodinamică , potențialele retardate descriu potențialul generalizat al câmpului electromagnetic într-un sistem a cărui sursă de distribuție a sarcinii și curentului câmpului este variabilă în timp. Acestea sunt expresiile potențialului electric și magnetic introduse în cazul în care nu este posibil să se utilizeze aproximarea conform căreia propagarea interacțiunii electromagnetice este instantanee, de exemplu atunci când considerăm sarcini care se mișcă cu o viteză deloc neglijabilă. în comparație cu viteza.propagarea luminii.
unde este {\ displaystyle \ rho} este densitatea sarcinii , {\ displaystyle \ mathbf {J}} Este densitatea curentului , {\ displaystyle | \ mathbf {x} - \ mathbf {x} _ {0} |} distanța punctului de observație al câmpului de elementul volum {\ displaystyle dV} pe care se realizează integrarea și:
Odată ce potențialele sunt determinate {\ displaystyle \ psi} Și {\ displaystyle \ mathbf {A}} din distribuția sarcinilor și curenților în spațiu, este posibil să se exprime câmpul electric și câmpul magnetic prin intermediul formulelor:
Vrem să găsim soluțiile generale ale ecuației undei pentru potențialele prezentate mai sus, luând în considerare ecuația pentru o sursă punctuală plasată în {\ displaystyle \ mathbf {x} _ {0}} : [3]
Mulțumită definiției deltei Dirac{\ displaystyle \ delta} este deci posibil să se descrie prezența unei surse punctuale: în restul spațiului nu există surse, iar ecuația undei nu este omogenă doar pentru {\ displaystyle \ mathbf {x} = \ mathbf {x} _ {0}} . Scriind laplacianul în coordonate sferice, ecuația omogenă devine:
{\ displaystyle {1 \ over r ^ {2}} {\ partial \ over \ partial r} \ left (r ^ {2} {\ partial \ phi \ over \ partial r} \ right) - {1 \ over c ^ {2}} {\ partial ^ {2} \ phi \ over \ partial t ^ {2}} = 0}
unde este {\ displaystyle f} Și {\ displaystyle g} sunt două funcții de determinat. Impunând că valurile ies din sursă, termenul trebuie exclus
{\ displaystyle g \ left (t + {\ frac {r} {c}} \ right) \ quad.}
Această condiție este dictată de principiul cauzalității și de faptul că nu are sens să vorbim despre unde care ajung din infinit spre sursă. Prin urmare, există: [5]
unde este {\ displaystyle f '} este derivatul lui {\ displaystyle f} cu privire la argumentul său. Acum integrăm ecuația undei pe un volum sferic de rază {\ displaystyle R} centrat în {\ displaystyle \ mathbf {x} _ {0}} și înlocuind expresiile găsite mai sus cu {\ displaystyle \ phi} Și {\ displaystyle \ nabla \ phi} avem:
{\ displaystyle \ int \ nabla \ cdot \ left [- {\ frac {f} {r ^ {2}}} {\ hat {\ mathbf {r}}} - {\ frac {1} {c}} { \ frac {f '} {r}} {\ hat {\ mathbf {r}}} \ right] d ^ {3} x - {\ frac {1} {c ^ {2}}} \ int {\ frac {f ''} {r}} d ^ {3} x = - \ int S (\ mathbf {x} _ {0}, t) \ delta (\ mathbf {x} - \ mathbf {x} _ {0 }) d ^ {3} x}
și luând în considerare limita pentru {\ displaystyle R \ to 0} a doua integrală dispare deoarece este mai mică decât maximul integrandului pe domeniul de integrare, înmulțit cu măsura domeniului de integrare. Exploatarea teoremei divergenței este apoi calculată valoarea primei integrale:
{\ displaystyle \ int _ {V} \ nabla \ cdot \ left [- {\ frac {f} {r ^ {2}}} {\ hat {\ mathbf {r}}} - {\ frac {1} { c}} {\ frac {f '} {r}} {\ hat {\ mathbf {r}}} \ right] d ^ {3} x = \ int _ {S} \ left [- {\ frac {f } {r ^ {2}}} - {\ frac {1} {c}} {\ frac {f '} {r}} \ right] {\ hat {\ mathbf {r}}} \ cdot d \ mathbf {S} '= 4 \ pi R ^ {2} \ left [- {\ frac {f} {R ^ {2}}} - {\ frac {1} {c}} {\ frac {f'} { R}} \ dreapta]}
unde este {\ displaystyle V} este volumul sferei de rază {\ displaystyle R} și {\ displaystyle S} suprafața sferei în sine. Prin stabilirea limitei pentru {\ displaystyle R \ to 0} rețineți că al doilea termen dintre paranteze dispare. Prin urmare, având în vedere ecuația de undă integrată, obținem relația:
{\ displaystyle -4 \ pi f (t) = - S (\ mathbf {x} _ {0}, t)}
Pentru a lua în considerare cazul general al unei surse non-punct, este suficient să se integreze su {\ displaystyle \ mathbf {x} _ {0}} soluția de mai sus, obținând soluția valabilă pentru orice sursă:
Apoi este suficient să se înlocuiască respectiv a {\ displaystyle \ phi _ {g}} este la {\ displaystyle S} vector potențial și scalar și sursele respective pentru a obține soluții generale de ecuații de undă pentru potențiale: [1]
Deoarece cantitatea dintre paranteze are un rotor zero, aceasta poate fi exprimată ca gradientul unui câmp scalar și, în special, al potențialului scalar {\ displaystyle \ psi} : [6]
Pentru a simplifica aceste ecuații este convenabil să recurgeți la o anumită transformare a ecartamentului . Amintindu-mi că potențialul transportator {\ displaystyle \ mathbf {A}} este definit cu excepția cazului în care un gradient, puteți adăuga gradientul cu o cantitate scalară {\ displaystyle \ phi} menținând nemodificat câmpul magnetic:
Prin exploatarea invarianței gabaritului este posibil să alegeți {\ displaystyle \ mathbf {A}} astfel încât să îndeplinească anumite condiții. În electrodinamică este frecvent alegerea stării Lorenz, care se obține prin alegerea adecvată {\ displaystyle \ phi} astfel încât:
Această condiție determină forma covariantă a ecuațiilor lui Maxwell pentru potențialele care descriu câmpul. Dacă potențialele îndeplinesc condiția Lorenz, se spune că aparțin ecartamentului Lorenz. [8] Înlocuind în cele două ecuații potențialul obținut anterior, s-au obținut ecuațiile Maxwell pentru potențial: [9][10]
este delta Dirac . Pentru o încărcare care se mută {\ displaystyle \ mathbf {r} _ {0} (t ')} cu viteza {\ displaystyle \ mathbf {v} _ {0} (t ')} , densitatea de încărcare și curent ia forma:
Și {\ displaystyle \ tau}timpul potrivit . Este o formă echivalentă, dar nu covariantă, a potențialului electric{\ displaystyle \ varphi} și potențial magnetic{\ displaystyle \ mathbf {A}} generat de o sursă punctuală de încărcare în mișcare. [12] Potențialele oferă o caracterizare generală și relativistă a câmpului care variază în timp generat de o sarcină în mișcare, iar expresia lor a fost dezvoltată parțial de Alfred-Marie Liénard în 1898 și mai târziu în 1900 de Emil Wiechert[13] într-un fel independent de cel al lui Liénard.