Электромагнитные волны. Процесс образования.

[jast321]

Кстати, это достаточно тонкий момент, который приходится аккуратно объяснять ученикам.
Обычно в школьных учебниках физики при выведении формулы для плоской электромагнитной волны пользуются следующими рассуждениями.
Мол смотрите, как изменение магнитного поля порождает возникновение электрического, а изменение электрического порождает магитное.
Не стоит забывать, что это одно и то же явление, называемое электромагнитное поле, которое мы только ради математического удобства так разделили.
[/quote]

Вот этот момент я как раз и не могу пока что уловить.
Как это одно поле электромагнитное? Ведь есть магнитное и электрическое и они обладают разными свойствами. Даже взять кусок железа! Поле от магнита будет его притягивать(точнее железо будет порождать своё поле, но не об этом щас), а электрическое поле переместит заряды в "одну кучку", но такого притяжения не увидим.

[Munin]

jast321 в сообщении #1229329 писал(а):

Как это одно поле электромагнитное? Ведь есть магнитное и электрическое и они обладают разными свойствами.

Для начала, в одной системе отсчёта вам кажется, что есть одно магнитное и одно электрическое, а если вы будете двигаться, то у вас будут уже другое магнитное и другое электрическое. Они как бы "перейдут друг в друга".

[jast321]

Кажется начинаю понимать.
Дело в том, что мне объясняли так, что изменение магнитного поля пораждается переменное вихревое электрическое поле, и то в в свою очередь опять первое и так далее. Но при этом не о каких математических разложения и слова не было, т.е. смысл тот, что поля возникали ИМЕННО физически и чередовальсь. Вообщем все как в учебнике по физике. Вот и пошло поехало непонимание процесса.

И так, попробую по порядку:
Физически существуют два вида поля. Электрическое и магнитное. Одно излучает неподвижный электрический заряд, а второе например постоянный неподвижный магнит. И они обладают разными свойствами и по РАЗНОМУ себя проявляют например к куску железа(пока что заряд не трогаем). Т.е. физически поля существуют.
Теперь возьмём электрическое,какой заряд. Пусть сначало он неподвижный. Поместим его в электрическое поле. Оно будет оказывать на него влияние (притяжения, либо отталкивать).
Но если его поместить в постоянное магнитное (неменяющиеся) поле, то оно никакого влияния не окажет(сам момент перемещения опускаем).
Теперь начинаем двигать заряди и наблюдаем за этим всем со стороны. В электрическом поле оно так и будет оказывать на заряд влияния(как и в неподвижном случае). Хоть и вокруг заряда будет возникать и магнитное(т.к. движение) , но влияния никакого оказывать не будет.
Но если он окажется в магнитном неменяющемся поле(например будем двигать металлическую "заряженную" рамку возле магнита), то так как заряд движется(это ведь можно считать движением) , то этот движущийся заряд будет своим магнитным полем взаимодействовать с полем постоянного магнита. И будет происходить отклонение (т.е. сила Лоренца). Поправьте пожалуйста, если мои рассуждения не верны.

Теперь в какой-то передающей антенне быстро быстро колеблются заряды. Они излучают в пространство "поле" (представляю такую аналогию: тазик с водой, помещаем в его какой нибудь надувной маленький шарик так, чтобы он находился ровно по середине ёмкости как по длине, ширине и глубине) и подключаем шарик к насосу, который может как накачать , так и при обратном ходе сдудь. Теперьи если очень быстро быстро надудь и сразу сдуть шарик, то по всем молекулам воды пробежит волна , которая будет их смешать. Если на пути этой волны будет присутствовать какое либо тело, то молекулы воды качнуть его. Вот что то типо этого есть эти электромагнитные волны?)

И так , антенна излучила, волна пошла. Стоит принимающая антенна. При падении волны на эту антенну происходит следующее. Раз нет физически чередующегося приращения вруг в друга электрического и магнитного полей, то падающая волна оказывает точно такое действие , как вдвигание магнита в металлическую рамку, которая отклоняется в это момент (из школьного опыта по физике,). Т.е. при падении волны на антенну заряды испытывают точно такую же силу действия на них как от магнита в опыте со вдвигание его в колечко?

[realeugene]

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Но если он окажется в магнитном неменяющемся поле(например будем двигать металлическую "заряженную" рамку возле магнита), то так как заряд движется(это ведь можно считать движением) , то этот движущийся заряд будет своим магнитным полем взаимодействовать с полем постоянного магнита.

Неверно. Посмотрите ещё раз на формулу силы Лоренца. В ней нет магнитного поля самого пробного заряда.

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Физически существуют два вида поля. Электрическое и магнитное.

На школьном уровне физики - да.

Вам нужно разобраться с понятием "физически существует". Явления окружающего нас мира физически существуют, если вы (точнее, вы и другие люди) их можете заметить, понять и повторить (хотя бы повторить наблюдения). Но для описания и понимания этих явлений люди должны построить их физические модели. Модель должна предсказывать наблюдления и быть достаточно простой и непротиворечивой, и только. Но модель любого наблюдаемого явления не должна и не может быть единственной. Даже просто потому, что существуют математически различные, но эквивалентные способы описания одних и тех же явлений.

Математика тут используется как инструмент для описания этих явлений. Но чем более сложную математику вы изучаете - тем больше у вас в руках оказывается инструментов для описания физических явлений. Тем больше у вас возможности выбрать инструмент, наиболее подходящий для вашей задачи. У вас появляется возможно одни и те же явления, в том числе, изученные ранее в школе, описывать по-разному.

Так вот, когда вы рассматриваете электромагнитное поле на школьном уровне, вы знаете только про скалярные и векторные поля. Соответственно, вы электромагнитное поле в каждой точке вынуждены описывать в виде пары векторов. Но на более продвинутом математическом уровне это электромагнитное поле проще описать как тензор электромагнитного поля в четырехмерном пространстве-времени. В котором компоненты векторов электрического и магнитного полей одновременно являются компонентами этого 4-тензора. И оказывается, что их сложные и непонятно откуда берущиеся преобразования друг в друга между различными системами отсчёта можно получить, просто применив обычные преобразования Лоренца к этому единому тензору электромагнитного поля. Таким образом, на этом уровне описания физически существует не два различных поля, электрическое и магнитное, а единое электромагнитное поле.

Соответственно, и на школьном уровне лучше к электрическому и магнитному полям относиться как к проявлению единого электромагнитного поля.

-- 25.06.2017, 13:28 --

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Теперь в какой-то передающей антенне быстро быстро колеблются заряды. Они излучают в пространство "поле"

Неверно. Электромагнитное поле существует везде и всегда, и вокруг зарядов, и без зарядов, в прустом пространстве. Оно может быть нулевым, но оно существует. А колеблющиеся заряды излучают электромагнитные волны в электромагнитном поле.

[rustot]

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Дело в том, что мне объясняли так, что изменение магнитного поля пораждается переменное вихревое электрическое поле, и то в в свою очередь опять первое и так далее. Но при этом не о каких математических разложения и слова не было, т.е. смысл тот, что поля возникали ИМЕННО физически и чередовальсь. Вообщем все как в учебнике по физике. Вот и пошло поехало непонимание процесса.

Вот эти "порождающие друг друга" колечки, изображаемые в учебниках для пояснения процесса излучения антенны, на мой взгляд очень плохое, некачественное, объяснение

Я напишу уравнения Максвелла для вакуума вот в такой форме

$\vec{E}(t + dt) = \vec{E}(t) +\frac{1}{c}\nabla\times\vec{B}$
$\vec{B}(t + dt) = \vec{B}(t) - \frac{1}{c}\nabla\times\vec{E}$

Это действительно наводит на ложную интерпретацию мол сначала текущее состояние магнитного поля вносит свой вклад в изменение электрического, а уже потом получившееся электрическое поле вносит свой вклад в изменение магнитного, и так по очереди они друг друга меняют. Именно так мы стали бы дискретно считать на компьютере и отсюда такие ассоциации.

На самом деле это непрерывный процесс в котором следующее состояние электромагнитного поля предопределено текущим состоянием этого же электромагнитного поля. Допустим я могу написать вот так

$\frac{d^2}{dt^2}\vec{E} = -\frac{1}{c^2}\nabla\times\nabla\times\vec{E}$

Теперь уже достаточно знать начальное состояние одного только электрического поля (правда в начальные условия будет входить не только величина поля но и первая производная) чтобы предсказать все его последующие состояния. Получается только оно само и определяет свое последующее значение, зависит только от себя же.

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Физически существуют два вида поля. Электрическое и магнитное. Одно излучает неподвижный электрический заряд, а второе например постоянный неподвижный магнит.

Нет, один единственный заряд создает электромагнитное поле с обеими составляющими. Магнит можно представить как совокупность движущихся зарядов разных знаков и в плане электромагнитного поля которое он создает и в плане действующих на него со стороны поля сил. Колечко с током - вполне себе магнит

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Теперь возьмём электрическое,какой заряд. Пусть сначало он неподвижный. Поместим его в электрическое поле. Оно будет оказывать на него влияние (притяжения, либо отталкивать).
Но если его поместить в постоянное магнитное (неменяющиеся) поле, то оно никакого влияния не окажет(сам момент перемещения опускаем).
Теперь начинаем двигать заряди и наблюдаем за этим всем со стороны.

Поместили пробный заряд в поле, созданное множеством зарядов кольца с током. Сила со стороны каждого из зарядов кольца зависит и от его скорости и от скорости пробного заряда. Если в случае покоящегося пробного заряда действующие на него со стороны зарядов кольца силы складываются до нуля, то кольцо электрически нейтрально. Но если пробный заряд движется то силы со стороны каждого из зарядов кольца меняются и их сумма может оказаться уже ненулевой. То же самое и с силами действующими со стороны пробного заряда на все заряды кольца, сумма этих сил (то есть сила действующая на все кольцо в целом) тоже может оказаться ненулевой

[jast321]

Да, поле везде , тут я ошибку написал вместо волна написал поле.
Попробую так: есть неподвижный заряд и далеко расположена некая точка, которую эти линии пересекают. Линии электрического поля заряда направлены строго прямо от него и расходятся во все стороны . Теперь заряд чуть сместили и остановили. Линии электрического поля опять исходят от него прямо и далеко пересекают эту самую некую точку , но они начинаются уже из другой точки пространства, т.к. заряд в другом месте. И именно в тот самый момент, когда заряд перемещался его линии электрического поля получились как бы искривлены в некоторый момент времени и до нашей некой точки дошли как бы волной.
Что это было ? Искривление линий заряда это и есть вихревое электрическое поле?

[realeugene]

jast321 в сообщении #1229515 писал(а):

Линии электрического поля

Лучше, забудьте про "линии электрического поля". Для некоторых задач они, действительно, могут дать интуитивное понимание картины поля. Но никакого физическолго смысла их "искривление" не имеет. И хуже всего, что несмотря на то, что электромагнитное поле линейно: поле, создаваемое двумя зарядами, равно сумме полее от каждого заряда; картину силовых линий от двух зарядов получить из силовых линий каждого заряда очень непросто и обычно невозможно без дополнительного знания о величинах этих зарядов.

-- 25.06.2017, 15:08 --

jast321 в сообщении #1229515 писал(а):

Искривление линий заряда это и есть вихревое электрическое поле?

Нет. Как контрпример: в электростатике электрическое поле безвихревое всегда, а вот картина силовых линий может быть самой замысловатой.

Иногда вихревое поле рисуют с силовыми линиями, замкнутыми в кольца. Это очень упрощённое и грубое представление. Им можно пользоваться для иллюстрации картины поля, но не забывать, что реальность немного иная, и точно замкнутых в кольцо силовых линий не бывает практически никогда. Но так как силовые линии не имеют какого-то глубокого смысла, это никого не волнует.

[Munin]

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Физически существуют два вида поля. Электрическое и магнитное. Одно излучает неподвижный электрический заряд, а второе например постоянный неподвижный магнит.

Уже здесь нехорошо. Заряд не "излучает" поле. Просто поле всегда есть вокруг заряда. Если думать про "излучение", то может показаться, что заряд что-то "тратит", но это не так.

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Но если он окажется в магнитном неменяющемся поле(например будем двигать металлическую "заряженную" рамку возле магнита), то так как заряд движется(это ведь можно считать движением) , то этот движущийся заряд будет своим магнитным полем взаимодействовать с полем постоянного магнита. И будет происходить отклонение (т.е. сила Лоренца). Поправьте пожалуйста, если мои рассуждения не верны.

Неверны. Отклонение будет происходить не из-за того, что "заряд своим магнитным полем будет взаимодействовать с полем постоянного магнита". Магнитные поля вообще между собой не взаимодействуют. Они просто накладываются, суммируются. А вот магнитное поле - действует на движущийся заряд, точно так же, как электрическое на неподвижный.

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

Теперь в какой-то передающей антенне быстро быстро колеблются заряды. Они излучают в пространство "поле"

Они излучают изменение поля.

jast321 в сообщении #1229433 писал(а):

(представляю такую аналогию: тазик с водой, помещаем в его какой нибудь надувной маленький шарик так, чтобы он находился ровно по середине ёмкости как по длине, ширине и глубине) и подключаем шарик к насосу, который может как накачать , так и при обратном ходе сдудь. Теперьи если очень быстро быстро надудь и сразу сдуть шарик, то по всем молекулам воды пробежит волна , которая будет их смешать. Если на пути этой волны будет присутствовать какое либо тело, то молекулы воды качнуть его. Вот что то типо этого есть эти электромагнитные волны?)

Аналогия с шариком плоха тем, что шарик увеличивается и уменьшается. А электрические заряды не могут увеличиться или уменьшиться. Это фундаментальное, ключевое свойство электромагнетизма: сохранение заряда. Так что они могут создавать волны, только как-то двигаясь, перемещаясь.

-- 25.06.2017 15:58:59 --

jast321
Рекомендую вам на вашем уровне почитать вот эту книгу:
Зильберман. Электричество и магнетизм.
Ещё может помочь
Парселл. Электричество и магнетизм.

[jast321]

realeugene в сообщении #1229521 писал(а):

jast321 в сообщении #1229515 писал(а):

Линии электрического поля

Лучше, забудьте про "линии электрического поля". Для некоторых задач они, действительно, могут дать интуитивное понимание картины поля. Но никакого физическолго смысла их "искривление" не имеет. .

Как это забыть ?
А как же все опыты с направлением линий электростатического поля? Ведь они четко указывают на их направление.

-- 25.06.2017, 17:21 --

jast321 в сообщении #1229547 писал(а):

realeugene в сообщении #1229521 писал(а):

jast321 в сообщении #1229515 писал(а):

Линии электрического поля

Лучше, забудьте про "линии электрического поля". Для некоторых задач они, действительно, могут дать интуитивное понимание картины поля. Но никакого физическолго смысла их "искривление" не имеет. .

Как это забыть ?
А как же все опыты с направлением линий электростатического поля? Ведь они четко указывают на их направление.

Книжки обязательно прочту.
Спасибо всем за попытку объяснить мне. Жаль, что пока что не понял сути.
Теперь знаю, что нет никакого попеременно меняющегося электрического и магнитного поля. Что это математическое представление.

[Munin]

Вот табличка из Зильбермана (упрощённая, не внутри вещества):

$\begin{array}{|c||c|c|} \hline \text{\small Вектор} & \text{\small Источники} & \text{\small Вихри} \\ \hline \hline \mathbf{E} & \text{Заряды} & \text{Переменное магнитное поле} \\ \hline \mathbf{B} & \text{Источников нет} & \text{Токи. Переменное электрическое поле} \\ \hline \end{array}$

Математически она соответствует такой системе уравнений (в системе SI):

$$\begin{aligned} \oint\mathbf{E}\cdot d\mathbf{S} & = \dfrac{1}{\varepsilon_0} \sum q \\ \oint\mathbf{B}\cdot d\mathbf{S} & = 0 \\ \oint\mathbf{E}\cdot d\boldsymbol{\ell} & = -\dfrac{d}{dt}\int\mathbf{B}\cdot d\mathbf{S} \\ \oint\mathbf{B}\cdot d\boldsymbol{\ell} & = \mu_0\sum I +\varepsilon_0\mu_0\dfrac{d}{dt}\int\mathbf{E}\cdot d\mathbf{S} \\ \end{aligned}$$

-- 25.06.2017 16:59:28 --

jast321 в сообщении #1229547 писал(а):

Как это забыть ?
А как же все опыты с направлением линий электростатического поля? Ведь они четко указывают на их направление.

Это был немного экстремальный совет. Линии бывают удобны, но не надо думать, что они как раз и есть суть дела. Линии всего лишь придуманы, чтобы наглядно показывать векторы в пространстве. Эти векторы направлены туда же, куда и линии - вот их опыты и показывают. Кроме того, векторы имеют величину, большую или малую. Линии здесь не так удобны: линии гуще там, где вектор больше, и линии реже там, где вектор меньше.

Но даже и векторы - не суть дела. Суть дела - некоторый 4-мерный объект, который трудно представить наглядно - единый тензор электромагнитного поля. Но поскольку он 4-мерный, то для его наглядного представления используются два вектора, или две системы линий.

jast321 в сообщении #1229547 писал(а):

Спасибо всем за попытку объяснить мне. Жаль, что пока что не понял сути.
Теперь знаю, что нет никакого попеременно меняющегося электрического и магнитного поля. Что это математическое представление.

Конечно, попеременно меняющиеся поля есть. Вам пытались объяснить другое: что взаимосвязи этих полей могут быть представлены математически по-разному. (И это не самое лучшее, что можно сказать начинающему. Пусть начинающий хотя бы один способ освоит хорошо...)

-- 25.06.2017 17:04:29 --

Вам надо понять по крайней мере одну вещь:

Если во всём пространстве задать векторы электрического и векторы магнитного поля, то дальше они "поймут", как надо изменяться в будущем, и полетят как электромагнитные волны (иногда накладываясь и пролетая друг через друга).

Если во всём пространстве задать векторы электрического и магнитного поля, и задать положения заряженных частиц, и их начальные скорости, то дальше электромагнитные поля и частицы "поймут", как надо двигаться в будущем. Поля частично полетят как волны, а частично будут сопровождать частицы. Частицы будут двигаться по тем или иным траекториям, в зависимости от полей, которые они будут встречать по пути.

Это свойство называется полнотой или замкнутостью системы уравнений электродинамики.

[rustot]

jast321 в сообщении #1229547 писал(а):

Теперь знаю, что нет никакого попеременно меняющегося электрического и магнитного поля. Что это математическое представление.

Они и в математическом представлении не чередуются. Плоская электромагнитная волна на мгновенной "фотографии" это поле с составляющими $\vec{E}$ и $\vec{B}$, которые при движении взгляда по фотографии синхронно растут до максимума, синхронно уменьшаются до нуля (то есть в волне встречаются плоскости на которых поля вообще нет), потом синхронно растут в противоположном направлении. А не сначала растет одна за счет уменьшения другой, а потом вторая за счет уменьшения первой, как ошибочно иногда рисуют в книжках, вот мол колечко электрического поля, а из него чуть дальше возникает колечко магнитого. Тут сразу две ошибки, и не чередуются они в пространстве и "вихревое поле" вовсе не означает каких либо колечек

Давайте я попробую показать на примере антианалогии. Допустим воздух можно описать через местоположение его частиц и их скорости. От того с какой скоростью сейчас двигаются частицы зависит то где они окажутся, их будущее местоположения. А от их местоположения (а значит плотности и давления) действующие на них силы и в конечном итоге как изменится их скорость. А от их скорости опять их будущее местоположение. Вот тут мы имеем череду изменений, характеристика воздуха А предопределяет какой станет через некоторое время характеристика воздуха Б, а та в свою очередь предопределяет какой станет через некоторое время характеристика А, и из этого в частности вытекает внутреннее устройство звуковой волны

Так вот характеристики электромагнитного поля $\vec{E}$ и $\vec{B}$ гораздо "ближе" друг к другу чем плотность и скорость воздуха, cильнее пересекаются, не разнесены во времени. Ну как допустим координата $x$ и координата $y$ частицы воздуха.. Хотя тоже неудачный пример, $x$ и $y$ это две независимых характеристики, а $\vec{E}$ и $\vec{B}$ нет, они перекрываются, несут каждая избыточную информацию часть которой уже содержится в другой компоненте. Допустим если я знаю что некоторая частица с запаздыванием создала в какой то точке поле с такой то величиной $\vec{E}$, это зависит от того и где находилась частица и с какой скоростью двигалась и с каким ускорением. Чтобы теперь узнать какая величина $\vec{B}$ у этого поля мне нужно знать единственное - направление на запаздывающее положение этой частицы, ни расстояние до нее ни куда она двигалась ни величину скорости или ускорения знать не нужно, бОльшую часть всей нужной информации я извлеку из уже известного $\vec{E}$ и знание направления даст недостающий кусочек который позволит узнать $\vec{B}$

[arseniiv]

rustot в сообщении #1229633 писал(а):

Плоская электромагнитная волна на мгновенной "фотографии" это поле с составляющими $\vec{E}$ и $\vec{B}$, которые при движении взгляда по фотографии синхронно растут до максимума, синхронно уменьшаются до нуля (то есть в волне встречаются плоскости на которых поля вообще нет), потом синхронно растут в противоположном направлении.

Притом, возможно, стоит в этой теме всё же добавить, это при линейной поляризации, а при круговой они будут вращаться в плоскости фронта, сохраняя величину, и есть ещё множество других поляризаций, но тут уже пусть рассказывает в полноте посоветованный Зильберман.

[realeugene]

jast321 в сообщении #1229547 писал(а):

Как это забыть ?
А как же все опыты с направлением линий электростатического поля? Ведь они четко указывают на их направление.

А вот так вот взять и забыть. Вам сейчас (подчеркну: вам и сейчас) они только мешают. Вы им приписываете какой-то глубокий смысл, который они не несут. Как будто это какие-то ниточки. Но это ошибка. Точки пространства вдоль силовой линии не связывает ничего. Направление векторов поля - да, можно себе представить при помощи силовых линий. Но направление векторного поля можно себе представить и иначе. Например, в виде иголок ёжика. Или шерской котёнка. На шерстке ведь есть направления волосков, но нет никаких "силовых линий". Овладейте этими альтернативными образными представлениями поля. В которых направления есть, а линий нет.

[jast321]

Я понимаю, что на самом то деле линий никаких нет. Есть "напряжённость "что ли, и ее вектор.
Наверное у меня идёт путоница в понимании магнитного поля которое возникает при протекании тока и магнитного поля от магнита.
То каким образом этот вид поля обладает отличительными свойствами от электрического. И то каким таким образом магнитное при изменении его в пространстве пораждается вихревое электрическое (опыт подвешенное колечко и вводится туда-сюда магнит). Нам говорят:ток в колечке демонстрирует, только то , что есть электрическое вихревое поле (своего рода индикатор). Колечко можно убрать, а поле вихревое оно будет и без кольца.
Буду разбираться в этом направлении.

[rustot]

jast321 в сообщении #1229670 писал(а):

То каким образом этот вид поля обладает отличительными свойствами от электрического.

Оно обладает именно теми отличиями которые ему придали при разделении электромагнитного поля на условные "электрическое" и "магнитное" слагаемые. Поделили по признаку зависимости силы от скорости - получили вот такое деление с такими отличиями. А поделили БЫ по признаку направления силы, разбили бы на силу направленную вдоль прямой соединяющей два заряда и перпендикулярную ей, получили бы деление на два других условных слагаемых с другим отличием друг от друга



Вот на картинке заряд 1 действует с силой $\vec{F}$ на заряд 2, оба заряда для простоты одинаковой величины 1Кл. Причем заряд 2 и сила действующая на него изображены действующими сейчас, а заряд 1 изображен в некоторый момент в прошлом, из которого сейчас наконец добралось от него воздействие до заряда 2. Заряды 1 и 2 оба двигаются вдоль поверхности рисунка и действующая сила зависит и от направления и от величины скорости обоих зарядов. Черной стрелкой обозначена сила, которая действовала бы на заряд 2 если бы он оказался неподвижным, а голубыми стрелками несколько вариантов силы которая действовала бы на него если бы он двигался с разными скоростями в разных направлениях. Все варианты силы заведомо укладываются в голубую окружность. Если заряд 2 движется с околосветовой скоростью то сила лежит где то на одной из точек самой окружности, отклонение от черной стрелки максимальное, конкретная точка зависит от направления скорости заряда 2. Этого достаточно теперь чтобы "забыв" про заряд 1 формирующий эту силу тем не менее эту силу вычислять для разных вариантов величины и скорости заряда 2 в этой точке или для множества разнообразных зарядов пролетающих в этот момент в разных направлениях через эту точку.

Местоположение и радиус вот этой голубой окружности в которую укладываются все возможные силы действующие на заряд 2 целиком и полностью определяются состоянием заряда 1 в изображенный момент в прошлом, его величиной, местоположением, скоростью и ускорением. А уж куда именно в пределах этой окружности попадет сила действующая на заряд 2 определяется только скоростью заряда 2. Как можно эту окружность описать чтобы забыть про заряд 1 и пользоваться для вычисления силы только параметрами заряда 2? Задать ее центр и радиус. Так вот черная стрелочка задает местоположение ее центра, ее обозначают как $\vec{E}$, а радиус окружности обозначают как $B$. А сам вектор $\vec{B}$ направляют перпендикурярно рисунку, на нас или от нас в зависимости от того по какую сторону от прямой соединяющей заряды оказалась эта окружность. Причем если на заряд 2 действуют силы не со стороны одного заряда а со стороны миллиона, то все их можно арифметически сложить между собой и получить всего одну такую окружность определяемую через $\vec{E}$ и $\vec{B}$, забыть все подробности про весь этот миллион других зарядов и тем не менее иметь возможность вычислять силу

Вот эти два заряда это самый элементарный кирпичик на котором можно продемонстрировать электромагнитное поле. А всевозможные "магниты" и "провода с током" это лишь сложные системы огромного количества разнообразно движущихся зарядов. Но результат их взаимодействия можно вычислить просто сложив арифметически вот такие элементарные кирпичики из пар зарядов