Šta proučava elektrodinamika u fizici? Osnovne formule elektrodinamike. Test pitanja za testiranje

elektrodinamika... Pravopisni rječnik-priručnik

Klasična teorija (nekvantna) ponašanja elektromagnetnog polja, koja vrši interakciju između električnih. naelektrisanja (elektromagnetna interakcija). Klasični zakoni makroskopski E. su formulirane u Maxwellovim jednadžbama, koje dozvoljavaju ... Fizička enciklopedija

- (od riječi elektricitet, a grčki dinamis moć). Dio fizike koji se bavi djelovanjem električnih struja. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Čudinov A.N., 1910. ELEKTRODINAMIKA od reči elektricitet i grč. dinamika, snaga... Rečnik stranih reči ruskog jezika

Moderna enciklopedija

Elektrodinamika- klasična, teorija nekvantnih elektromagnetnih procesa u kojoj glavnu ulogu imaju interakcije između nabijenih čestica u različitim medijima iu vakuumu. Nastanku elektrodinamike prethodili su radovi C. Coulomba, J. Biota, F. Savarta, ... ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

Klasična teorija elektromagnetnih procesa u različitim medijima iu vakuumu. Pokriva ogroman skup fenomena u kojima glavnu ulogu imaju interakcije između nabijenih čestica koje se odvijaju kroz elektromagnetno polje... Veliki enciklopedijski rječnik

ELEKTRODINAMIKA, u fizici, polje koje proučava interakciju između električnog i magnetskog polja i naelektrisanih tela. Ova disciplina je počela u 19. veku. sa svojim teorijskim radovima James MAXWELL, kasnije je postala dio... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

ELEKTRODINAMIKA, elektrodinamika, mnogi drugi. ne, žensko (vidi elektricitet i dinamika) (fizički). Katedra za fiziku, proučavanje svojstava električne struje, elektriciteta u kretanju; ant. elektrostatika. Ušakovljev rečnik objašnjenja. D.N. Ushakov. 1935 1940 ... Ushakov's Explantatory Dictionary

ELEKTRODINAMIKA, i, g. (specijalista.). Teorija elektromagnetnih procesa u različitim medijima iu vakuumu. Ozhegov rečnik objašnjenja. S.I. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992 … Ozhegov's Explantatory Dictionary

Imenica, broj sinonima: 2 dinamika (18) fizika (55) ASIS rečnik sinonima. V.N. Trishin. 2013… Rečnik sinonima

elektrodinamika- - [A.S. Goldberg. Englesko-ruski energetski rječnik. 2006] Teme energetike u općoj EN elektrodinamici ... Vodič za tehnički prevodilac

Knjige

• Elektrodinamika, A. E. Ivanov. Ovaj udžbenik je samodovoljan: predstavlja predavanja koja je niz godina držao vanredni profesor u specijalizovanom obrazovno-naučnom centru MSTU. N. E. Bauman...
• Elektrodinamika, Sergej Anatoljevič Ivanov. ...

OSNOVE ELEKTRODINAMIJE. ELEKTROSTATIKA

OSNOVE ELEKTRODINAMIJE

Elektrodinamika- nauka o svojstvima elektromagnetnog polja.

Elektromagnetno polje- određena kretanjem i interakcijom naelektrisanih čestica.

Manifestacija električnog/magnetnog polja- ovo je djelovanje električnih/magnetnih sila:
1) sile trenja i elastične sile u makrokosmosu;
2) djelovanje električnih/magnetnih sila u mikrokosmosu (struktura atoma, spajanje atoma u molekule,
transformacija elementarnih čestica)

Otkriće električnog/magnetnog polja- J. Maxwell.

ELEKTROSTATIKA

Grana elektrodinamike proučava električno nabijena tijela u mirovanju.

Elementarne čestice možda ima email naboj, onda se nazivaju naelektrisani;
- međusobno djeluju silama koje zavise od udaljenosti između čestica,
ali višestruko premašuju sile međusobne gravitacije (ova interakcija se zove
elektromagnetni).

Email naplatiti- fizički vrijednost određuje intenzitet električnih/magnetnih interakcija.
Postoje 2 znaka električnog naboja: pozitivan i negativan.
Čestice sličnog naboja se odbijaju, a čestice različitog naboja privlače.
Proton ima pozitivan naboj, elektron ima negativan naboj, a neutron je električno neutralan.

Elementarno punjenje- minimalna naknada koja se ne može podijeliti.
Kako možemo objasniti prisustvo elektromagnetnih sila u prirodi?
- Sva tijela sadrže nabijene čestice.
U normalnom stanju organizma, el. neutralna (pošto je atom neutralna) i električna/magnetna. moći se ne manifestuju.

Tijelo je napunjeno, ako ima višak naboja bilo kojeg predznaka:
negativno nabijen - ako postoji višak elektrona;
pozitivno naelektrisan - ako postoji nedostatak elektrona.

Elektrifikacija tijela- ovo je jedan od načina dobivanja nabijenih tijela, na primjer, kontaktom).
U ovom slučaju oba tijela su nabijena, a naelektrisanja su suprotna po predznaku, ali jednaka po veličini.

Zakon održanja električnog naboja.

U zatvorenom sistemu, algebarski zbir naelektrisanja svih čestica ostaje nepromenjen.
(... ali ne i broj nabijenih čestica, jer postoje transformacije elementarnih čestica).

Zatvoreni sistem

Sistem čestica u koji nabijene čestice ne ulaze izvana i ne izlaze.

Coulombov zakon

Osnovni zakon elektrostatike.

Sila interakcije između dva tačkasto fiksno nabijena tijela u vakuumu je direktno proporcionalna
proizvod modula punjenja i obrnuto je proporcionalan kvadratu udaljenosti između njih.

Kada tijela se smatraju tačkastim tijelima? - ako je razmak između njih višestruko veći od veličine tijela.
Ako dva tijela imaju električni naboj, onda oni međusobno djeluju prema Coulombovom zakonu.

Jedinica električnog naboja
1 C je naelektrisanje koje prolazi kroz poprečni presjek vodiča za 1 sekundu pri struji od 1 A.
1 C je veoma veliko punjenje.
Elementarni naboj:

ELEKTRIČNO POLJE

Postoji električni naboj, materijalno.
Glavno svojstvo električnog polja: djelovanje sile na električni naboj uveden u njega.

Elektrostatičko polje- polje stacionarnog električnog naboja se ne mijenja s vremenom.

Jačina električnog polja.- kvantitativne karakteristike el. polja.
je omjer sile kojom polje djeluje na uvedeni tačkasti naboj prema veličini ovog naboja.
- ne zavisi od veličine unesenog naboja, već karakteriše električno polje!

Smjer vektora napetosti
poklapa se sa smjerom vektora sile koji djeluje na pozitivno naelektrisanje, a suprotno smjeru sile koja djeluje na negativno naelektrisanje.

Jačina polja tačkastog naboja:

gdje je q0 naboj koji stvara električno polje.
U bilo kojoj tački polja, intenzitet je uvijek usmjeren duž prave linije koja povezuje ovu tačku i q0.

ELEKTRIČNI KAPACITET

Karakterizira sposobnost dva provodnika da akumuliraju električni naboj.
- ne zavisi od q i U.
- zavisi od geometrijskih dimenzija provodnika, njihovog oblika, relativnog položaja, električnih svojstava sredine između provodnika.

SI jedinice: (F - farad)

CAPACITORS

Električni uređaj koji pohranjuje punjenje
(dva provodnika odvojena dielektričnim slojem).

Gdje je d mnogo manji od dimenzija provodnika.

Oznaka na električnim dijagramima:

Cijelo električno polje koncentrisano je unutar kondenzatora.
Naboj kondenzatora je apsolutna vrijednost naboja na jednoj od ploča kondenzatora.

Vrste kondenzatora:
1. po vrsti dielektrika: vazdušni, liskun, keramički, elektrolitički
2. prema obliku ploča: ravni, sferni.
3. po kapacitetu: konstantan, varijabilan (podesiv).

Električni kapacitet ravnog kondenzatora

gdje je S površina ploče (oplate) kondenzatora
d - razmak između ploča
eo - električna konstanta
e - dielektrična konstanta dielektrika

Uključujući kondenzatore u električni krug

paralelno

sekvencijalno

Tada je ukupni električni kapacitet (C):

kada je povezan paralelno

.

kada su spojeni u seriju

DC AC VEZE

Struja- uređeno kretanje nabijenih čestica (slobodnih elektrona ili jona).
U ovom slučaju električna energija se prenosi kroz poprečni presjek vodiča. naboj (tokom termičkog kretanja naelektrisanih čestica, ukupni preneseni električni naboj = 0, pošto su pozitivni i negativni naboji kompenzirani).

Smjer e-pošte struja- konvencionalno je prihvaćeno smatrati smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica (od + do -).

E-mail radnje struja (u provodniku):

toplotni efekat struje- zagrijavanje provodnika (osim superprovodnika);

hemijski efekat struje - pojavljuje se samo u elektrolitima. Supstance koje čine elektrolit oslobađaju se na elektrodama;

magnetni efekat struje(glavni) - uočeno u svim provodnicima (otklon magnetne igle u blizini provodnika sa strujom i efekat sile struje na susjedne provodnike kroz magnetsko polje).

OHMOV ZAKON ZA KRUG

gdje je , R otpor dijela strujnog kola. (sam provodnik se također može smatrati dijelom kola).

Svaki provodnik ima svoju specifičnu strujno-naponsku karakteristiku.

RESISTANCE

Osnovne električne karakteristike provodnika.
- prema Ohmovom zakonu, ova vrijednost je konstantna za dati provodnik.

1 Ohm je otpor vodiča s razlikom potencijala na krajevima
na 1 V i jačina struje u njemu je 1 A.

Otpor ovisi samo o svojstvima vodiča:

gdje je S površina poprečnog presjeka vodiča, l je dužina vodiča,
ro - otpornost koja karakteriše svojstva provodničke supstance.

ELEKTRIČNI KRUGOVI

Sastoje se od izvora, potrošača električne struje, žica i prekidača.

SERIJSKI SPOJ PROVODNIKA

I - jačina struje u kolu
U - napon na krajevima kruga

PARALELNO SPAJANJE PROVODNIKA

I - jačina struje u nerazgranatom dijelu kola
U - napon na krajevima kruga
R - ukupni otpor dijela kruga

Zapamtite kako su mjerni instrumenti povezani:

Ampermetar - povezan serijski sa vodičem u kojem se mjeri struja.

Voltmetar - spojen paralelno na vodič na kojem se mjeri napon.

DC OPERATION

Trenutni rad- ovo je rad električnog polja za prijenos električnih naboja duž provodnika;

Rad koji vrši struja na dijelu strujnog kola jednak je proizvodu struje, napona i vremena tokom kojeg je rad obavljen.

Koristeći formulu Ohmovog zakona za dio kola, možete napisati nekoliko verzija formule za izračunavanje rada struje:

Prema zakonu održanja energije:

Rad je jednak promjeni energije dijela strujnog kola, pa je energija koju oslobađa provodnik jednaka radu struje.

U SI sistemu:

JOULE-LENCOV ZAKON

Kada struja prolazi kroz provodnik, provodnik se zagreva i dolazi do razmene toplote sa okolinom, tj. provodnik odaje toplotu tijelima koja ga okružuju.

Količina topline koju oslobađa provodnik koji nosi struju u okolinu jednaka je umnošku kvadrata jačine struje, otpora provodnika i vremena prolaska struje kroz provodnik.

Prema zakonu održanja energije, količina toplote koju oslobađa provodnik numerički je jednaka radu struje koja teče kroz provodnik za isto vreme.

U SI sistemu:

[Q] = 1 J

DC POWER

Odnos rada struje tokom vremena t prema ovom vremenskom intervalu.

U SI sistemu:

Fenomen supravodljivosti

Otkriće supravodljivosti na niskim temperaturama:
1911 - Holandski naučnik Kamerling - Onnes
uočeno na ultra niskim temperaturama (ispod 25 K) u mnogim metalima i legurama;
Na takvim temperaturama, otpornost ovih supstanci postaje potpuno mala.

Godine 1957. dato je teorijsko objašnjenje fenomena supravodljivosti:
Kuper (SAD), Bogoljubov (SSSR)

1957 Collinsov eksperiment: struja u zatvorenom kolu bez izvora struje nije prestala 2,5 godine.

Godine 1986. otkrivena je visokotemperaturna supravodljivost (na 100 K) (za metal-keramiku).

Poteškoće u postizanju supravodljivosti:
- potreba za snažnim hlađenjem supstance

Područje primjene:
- dobijanje jakih magnetnih polja;
- snažni elektromagneti sa supravodljivim namotom u akceleratorima i generatorima.

Trenutno u energetskom sektoru postoji veliki problem
- veliki gubici električne energije tokom prenosa nju preko žice.

Moguće rješenje Problemi:
sa supravodljivošću, otpor provodnika je približno 0
a gubici energije su naglo smanjeni.

Supstanca sa najvišom temperaturom supravodljivosti
1988. godine u SAD-u, na temperaturi od –148°C, dobijen je fenomen supravodljivosti. Provodnik je bio mešavina talijuma, kalcijuma, barijuma i oksida bakra - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox.

poluprovodnik -

Tvar čija otpornost može varirati u širokom rasponu i vrlo brzo opada s povećanjem temperature, što znači da se električna provodljivost (1/R) povećava.
- primećeno u silicijumu, germanijumu, selenu i nekim jedinjenjima.

Provodni mehanizam u poluprovodnicima

Poluvodički kristali imaju atomsku kristalnu rešetku gdje su vanjski elektroni vezani za susjedne atome kovalentnim vezama.
Na niskim temperaturama, čisti poluprovodnici nemaju slobodne elektrone i ponašaju se kao izolator.

ELEKTRIČNA STRUJA U VAKUUMU

Šta je vakuum?
- ovo je stepen razrjeđivanja plina pri kojem praktično nema sudara molekula;

Električna struja nije moguća jer mogući broj jonizovanih molekula ne može da obezbedi električnu provodljivost;
- moguće je stvoriti električnu struju u vakuumu ako koristite izvor nabijenih čestica;
- djelovanje izvora nabijenih čestica može se zasnivati ​​na fenomenu termoionske emisije.

Termionska emisija

- to je emisija elektrona čvrstih ili tečnih tijela kada se zagriju na temperature koje odgovaraju vidljivom sjaju vrućeg metala.
Zagrijana metalna elektroda neprekidno emituje elektrone, formirajući elektronski oblak oko sebe.
U ravnotežnom stanju, broj elektrona koji su napustili elektrodu jednak je broju elektrona koji su se vratili na nju (pošto elektroda postaje pozitivno nabijena kada se elektroni izgube).
Što je temperatura metala viša, to je veća gustina elektronskog oblaka.

Vakumska dioda

Električna struja u vakuumu je moguća u vakuumskim cijevima.
Vakumska cijev je uređaj koji koristi fenomen termoionske emisije.

Vakumska dioda je elektronska cijev s dvije elektrode (A - anoda i K - katoda).
Unutar staklene posude stvara se vrlo nizak pritisak

H - filament postavljen unutar katode da bi je zagrejao. Površina zagrijane katode emituje elektrone. Ako je anoda spojena na + izvora struje, a katoda spojena na -, tada strujni krug teče
konstantna termoelektrična struja. Vakum dioda ima jednosmjernu provodljivost.
One. struja u anodi je moguća ako je potencijal anode veći od potencijala katode. U ovom slučaju, elektroni iz elektronskog oblaka privlače se na anodu, stvarajući električnu struju u vakuumu.

Strujna naponska karakteristika vakuum diode.

Pri niskim anodnim naponima, svi elektroni koje emituje katoda ne dolaze do anode, a električna struja je mala. Pri visokim naponima struja dostiže zasićenje, tj. maksimalna vrijednost.
Vakumska dioda se koristi za ispravljanje naizmjenične struje.

Struja na ulazu diodnog ispravljača:

Izlazna struja ispravljača:

Elektronski snopovi

Ovo je tok brzoletećih elektrona u vakuumskim cijevima i uređajima za pražnjenje u plinu.

Svojstva elektronskih snopova:

Defleksije u električnim poljima;
- otklon u magnetnim poljima pod uticajem Lorentzove sile;
- kada se snop koji udara u supstancu uspori, pojavljuje se rendgensko zračenje;
- izaziva sjaj (luminiscenciju) nekih čvrstih materija i tečnosti (luminofora);
- zagrijte supstancu tako što ćete je kontaktirati.

katodna cijev (CRT)

Koriste se fenomeni termionske emisije i svojstva elektronskih snopova.

CRT se sastoji od elektronskog topa, horizontalnih i vertikalnih deflektora
elektrodne ploče i ekran.
U elektronskom pištolju, elektroni koje emituje zagrijana katoda prolaze kroz kontrolnu mrežnu elektrodu i ubrzavaju ih anode. Elektronski top fokusira snop elektrona u tačku i mijenja svjetlinu svjetla na ekranu. Skrenute horizontalne i vertikalne ploče omogućavaju vam da pomerite elektronski snop na ekranu na bilo koju tačku na ekranu. Ekran je presvučen fosforom koji počinje da sija kada je bombardovan elektronima.

Postoje dvije vrste cijevi:

1) sa elektrostatičkom kontrolom elektronskog snopa (otklon električnog snopa samo električnim poljem);
2) sa elektromagnetnim upravljanjem (dodati su magnetni otklon zavojnice).

Glavne primjene CRT-a:

Cijevi za slike u televizijskoj opremi;
Računalni zasloni;
elektronski osciloskopi u mernoj tehnici.

ELEKTRIČNA STRUJA U GASOVIMA

U normalnim uslovima, gas je dielektrik, tj. sastoji se od neutralnih atoma i molekula i ne sadrži slobodne nosioce električne struje.
Gas provodnik je jonizovani gas. Jonizovani gas ima elektron-jonsku provodljivost.

Zrak je dielektrik u električnim vodovima, zračnim kondenzatorima i kontaktnim prekidačima.

Vazduh je provodnik kada se pojavi munja, električna iskra ili kada se pojavi luk zavarivanja.

Jonizacija gasa

To je razlaganje neutralnih atoma ili molekula na pozitivne ione i elektrone uklanjanjem elektrona iz atoma. Ionizacija nastaje kada se plin zagrije ili izloži zračenju (UV, X-zrake, radioaktivno) i objašnjava se raspadom atoma i molekula tokom sudara pri velikim brzinama.

Ispuštanje gasa

Ovo je električna struja u jonizovanim gasovima.
Nosioci naboja su pozitivni joni i elektroni. Pražnjenje u plinu se opaža u cijevima (lampama) za pražnjenje u plinu kada su izložene električnom ili magnetskom polju.

Rekombinacija naelektrisanih čestica

- gas prestaje da bude provodnik ako prestane jonizacija, to nastaje kao rezultat rekombinacije (ponovnog spajanja suprotno naelektrisanih čestica).

Postoji samoodrživo i nesamoodrživo pražnjenje gasa.

Nesamoodrživo plinsko pražnjenje

Ako je djelovanje ionizatora zaustavljeno, prestaje i pražnjenje.

Kada pražnjenje dostigne zasićenje, grafikon postaje horizontalan. Ovdje je električna provodljivost plina uzrokovana samo djelovanjem ionizatora.

Samoodrživo plinsko pražnjenje

U ovom slučaju, plinsko pražnjenje se nastavlja i nakon prestanka rada vanjskog ionizatora zbog jona i elektrona koji nastaju udarnom ionizacijom (= jonizacija električnog udara); nastaje kada se razlika potencijala između elektroda povećava (nastaje lavina elektrona).
Nesamoodrživo plinsko pražnjenje može se transformirati u samoodrživo plinsko pražnjenje kada je Ua = Upaljenje.

Električni kvar plina

Proces prelaska nesamoodrživog gasnog pražnjenja u samoodrživo.

Dolazi do samoodrživog pražnjenja plina 4 vrste:

1. tinjanje - pri niskim pritiscima (do nekoliko mm Hg) - uočeno u gasno-svetlosnim cevima i gasnim laserima.
2. varnica - pri normalnom pritisku i velikoj jačini električnog polja (munja - jačina struje do stotine hiljada ampera).
3. korona - pri normalnom pritisku u neujednačenom električnom polju (na vrhu).
4. luk - velika gustina struje, nizak napon između elektroda (temperatura gasa u lučnom kanalu -5000-6000 stepeni Celzijusa); posmatrano u reflektorima i opremi za projekciju filma.

Ova pražnjenja se primećuju:

tinjajući - u fluorescentnim lampama;
iskra - u munji;
korona - u elektrofilterima, prilikom curenja energije;
luk - tokom zavarivanja, u živinim lampama.

Plazma

Ovo je četvrto stanje agregacije supstance sa visokim stepenom jonizacije usled sudara molekula velikom brzinom pri visokoj temperaturi; nalazi se u prirodi: jonosfera - slabo jonizovana plazma, Sunce - potpuno jonizovana plazma; umjetna plazma - u lampama s plinskim pražnjenjem.

Plazma može biti:

Niska temperatura - na temperaturama manjim od 100.000K;
visoka temperatura - na temperaturama iznad 100.000K.

Osnovna svojstva plazme:

Visoka električna provodljivost
- snažna interakcija sa vanjskim električnim i magnetskim poljima.

Na temperaturi

Bilo koja supstanca je u stanju plazme.

Zanimljivo je da je 99% materije u Univerzumu plazma

TEST PITANJA ZA TESTIRANJE

Definicija 1

Elektrodinamika je grana fizike koja proučava osnovne varijable elektromagnetnog polja i njihovu interakciju.

Klasična elektrodinamika opisuje sva svojstva elektromagnetnog polja i principe njegovog odnosa s drugim fizičkim elementima koji nose određeni električni naboj. Ova akcija se može odrediti kroz Maxwellove jednadžbe i Lorentzov izraz snage. U ovom slučaju se uvijek koriste sljedeći glavni koncepti elektrodinamike: elektromagnetno polje, elektromagnetski potencijal, električni naboj i Poyntingov vektor.

Glavni dijelovi ovog smjera u fizici uključuju:

• magnetostatika;
• elektrostatika;
• elektrodinamika kontinuiranog medija.

Osnova za optiku, kao granu nauke, je elektrodinamika u obliku fizike radio talasa. Ovaj naučni pravac smatra se osnovom za elektrotehniku ​​i radiotehniku.

Električno punjenje

Elektromagnetne interakcije su među najvažnijim aktivnostima u prirodi. Sile elastičnosti i trenja, pritisak gasa i tečnosti mogu se svesti na jedan indikator elektromagnetne sile između elemenata materije. Same interakcije u elektrodinamici se više ne mogu formirati u dubljim oblicima interakcija.

Napomena 1

Isti temeljni tip komplementarnosti je gravitacija - gravitacijsko i konstantno privlačenje dvaju fizičkih tijela.

Međutim, može se uočiti nekoliko važnih razlika između gravitacijskih i elektromagnetnih procesa:

• Samo naelektrisana tela mogu učestvovati u elektromagnetnim interakcijama;
• gravitaciona veza je uvek sistematsko privlačenje jednog tela drugom;
• elektromagnetni odnosi mogu biti ili odbojni ili privlačni;
• interakcija u elektrodinamici je mnogo intenzivnija od gravitacijske interakcije;
• Svako nabijeno tijelo ima određenu količinu električnog naboja.

Definicija 2

Električni naboj je specifična fizička veličina koja preciznije određuje jačinu elektromagnetne interakcije između prirode i objekata, čija je mjerna jedinica kulon (C)1.

Električno polje

Teorija interakcije kratkog dometa prevladala je nad prethodno predloženim hipotezama znanstvenika, zbog čega se pokazalo da je elektromagnetno polje glavni objekt koji u potpunosti prenosi interakciju između naboja čak i kroz vakuum. Odlučujući u ovoj oblasti bili su radovi i radovi dvojice poznatih naučnika 19. veka - Faradaja i Maksvela. Fizičari su mogli da otkriju princip rada električnog polja kroz eksperimentalnu potvrdu svojih tvrdnji.

Fiksna naelektrisanja ne mogu formirati magnetsko polje, stoga je u ovom aspektu potrebno govoriti samo o svojstvima samog električnog polja.

Dakle, glavne karakteristike polja u elektrodinamici su:

• električni naboj može stvoriti snažno polje oko sebe;
• elektrodinamika ne zahtijeva nikakav specifičan medij i može nastati u materiji iu vakuumu; to je dobar alternativni oblik postojanja za svu materiju;
• Električno polje je primarni fizički objekat koji uspostavlja zakone ponašanja dinamike procesa u električnom kolu.

Izvorima električnog polja smatraju se konstantni električni naboji, a indikator za proučavanje ove pojave je takozvani test naboj. Po djelovanju ove supstance može se suditi o prisutnosti električnog polja u određenom prostoru. Osim toga, pomoću probnog naboja moguće je odrediti jačinu polja u različitim sferama njegove interakcije. Naravno, ovaj element u elektrodinamici mora biti točkast i konstantan.

Prema naučnicima, sila koja utiče na probni naboj u električnom polju apsolutno je proporcionalna veličini ukupnog naboja. Dakle, odnos intenziteta i protoka energije više ne zavisi od indeksa naelektrisanja i jedno je od svojstava polja.

Jačina električnog polja je odnos između vektora sile $\vec (F)$, kojim elektromagnetno polje djeluje na probni naboj $q$, i samog probnog naboja: $((\vec (E))=( \frac (\vec (F))(q)).)$

Napon tvari u polju smatra se vektorskom veličinom, gdje u svakoj tački prostora postoji određeni koeficijent ispitnog elementa. Polje je dato ako je moguće odrediti zavisnost specificiranog vektora intenziteta o datim koordinatama tačke i vremenu.

Napomena 2

Kao što slijedi iz ove definicije, napetost se obično mjeri u N/kl, ali danas je jedino moguće proučavati svojstva ovog procesa.

Provodnici u električnom polju

Električna struja se lako može dobiti ako se polovi baterije kratko spoje metalnom žicom, ali ako se žica zamijeni običnom staklenom šipkom, struja neće nastati. Metal je glavni provodnik, a staklo djeluje kao dielektrik.

Provodniki u elektrodinamici razlikuju se od dielektrika po odsustvu dodatnih naboja, nabijenih elemenata, čiji položaj ni na koji način nije povezan s točkom unutar same supstance. Slobodni naboji počinju aktivno djelovati pod utjecajem električnog polja i mogu se kretati po cijelom volumenu vodiča.

Definicija 3

Provodniki su prvenstveno metali u kojima se samo slobodni elektroni smatraju apsolutno slobodnim naelektrisanjem, što proizilazi iz posebnosti procesa metalnog vezivanja.

Činjenica je da je trajni valentni elektron, koji se nalazi na vanjskoj elektronskoj ljusci atoma metala, prilično slabo vezan za atomsko jezgro. Kada su atomi metala međusobno povezani, njihove valentne čestice ostaju bez ljuske i „kreću da slobodno lebde“.

Elektroliti, koji su rastvori i taline, slobodni nano-naboji, u kojima se manifestuje disocijacija molekula na pozitivne i negativne ione, takođe deluju kao provodnici u električnom polju. Ako bacite prstohvat kuhinjske soli u čašu obične vode, tada se molekuli $NaCl$ postepeno raspadaju na pozitivne jone $Na^+$ i $Cl^−$. Pod utjecajem električnog polja, ovi indikatori će početi formirati uređeno kretanje, što rezultira električnom strujom.

Prirodna voda je dobar provodnik zbog prisustva soli otopljenih u njoj, ali ne tako dobra kao metali. Svima je poznato da se ljudsko tijelo uglavnom sastoji od vode, u kojoj su otopljeni i određeni elementi soli. Stoga naše tijelo djeluje i kao provodnik električne struje.

Vrijedi napomenuti da zbog prisustva ogromnog broja slobodnih naboja koji se mogu kretati kroz cijeli prostorni volumen, vodiči imaju neka karakteristična zajednička svojstva.

Elektromehanička analogija

Lako je uočiti određenu analogiju između induktivnosti $L$ u elektrodinamici i mase $m$ u mehanici. Poznato je da je za potpuno ubrzanje tijela do određene brzine potrebno utrošiti neko vrijeme, jer je nemoguće momentalno promijeniti brzinu fizičkog tijela.

Pri konstantnom intenzitetu primijenjenom na tijelo, ovo vrijeme će direktno zavisiti od mase $m$ tijela. Da bi struja u zavojnici dostigla svoju maksimalnu vrijednost, potrebno je vrijeme da se uspostavi induktivnost $L$ zavojnice.

Brzina tijela će se automatski smanjiti ako se tvari u električnom polju sudare sa stacionarnim zidom. Zid preuzima cijeli udarac, a njegova razorna moć je jača što je veća masa samog tijela. Zapravo, sve elektromehaničke analogije sežu prilično daleko i odnose se ne samo na induktivnost i masu, već i na druge pokazatelje koji nisu izuzetno korisni u praksi.

Ostvarenje jedinstva i postojanosti električnog i magnetskog odnosa postalo je prvi potvrđeni primjer teorije ujedinjenja fizičkih interakcija. Danas je dokazano da su elektrodinamika i slabe interakcije pri visokim energijama kombinovane u jednom procesu.

DEFINICIJA

Elektromagnetno polje- ovo je vrsta materije koja se manifestuje u interakciji naelektrisanih tela.

Elektrodinamika za lutke

Elektromagnetno polje se često dijeli na električna i magnetna polja. Svojstva elektromagnetnih polja i principe njihove interakcije proučava posebna grana fizike koja se zove elektrodinamika. U samoj elektrodinamici razlikuju se sljedeće sekcije:

1. elektrostatika;
2. magnetostatika;
3. elektrodinamika kontinuuma;
4. relativistička elektrodinamika.

Elektrodinamika je osnova za proučavanje i razvoj optike (kao grane nauke) i fizike radio talasa. Ova grana nauke je osnova za radiotehniku ​​i elektrotehniku.

Klasična elektrodinamika, u opisu svojstava elektromagnetnih polja i principa njihove interakcije, koristi Maxwellov sistem jednadžbi (u integralnom ili diferencijalnom obliku), dopunjujući ga sistemom materijalnih jednačina, graničnih i početnih uslova. Prema Maksvelu, postoje dva mehanizma za nastanak magnetnog polja. To je prisustvo struja provodljivosti (pokretnog električnog naboja) i električnog polja koje se mijenja u vremenu (prisustvo struja pomaka).

Maxwellove jednadžbe

Osnovni zakoni klasične elektrodinamike (Maxwellov sistem jednačina) rezultat su generalizacije eksperimentalnih podataka i postali su kvintesencija elektrodinamike stacionarnog medija. Maxwellove jednačine dijele se na strukturne i materijalne. Strukturne jednačine se pišu u dva oblika: integralnom i diferencijalnom obliku. Zapišimo Maxwellove jednadžbe u diferencijalnom obliku (SI sistem):

gdje je vektor jakosti električnog polja; - vektor magnetne indukcije.

gdje je vektor jačine magnetnog polja; - vektor dielektričnog pomaka; - vektor gustine struje.

gdje je gustina raspodjele električnog naboja.

Maxwellove strukturne jednadžbe u diferencijalnom obliku karakteriziraju elektromagnetno polje u svakoj tački prostora. Ako su naboji i struje kontinuirano raspoređeni u prostoru, tada su integralni i diferencijalni oblici Maxwellovih jednačina ekvivalentni. Međutim, ako postoje diskontinuitetne površine, onda je integralni oblik pisanja Maksvelovih jednačina opštiji. (Integralni oblik pisanja Maxwellovih jednadžbi može se naći u odjeljku “Elektrodinamika”). Da bi se postigla matematička ekvivalencija integralnih i diferencijalnih oblika Maksvelovih jednačina, diferencijalna notacija je dopunjena graničnim uslovima.

Iz Maxwellovih jednadžbi proizilazi da naizmjenično magnetsko polje stvara naizmjenično električno polje i obrnuto, odnosno ta polja su neodvojiva i čine jedno elektromagnetno polje. Izvori električnog polja mogu biti ili električni naboji ili vremenski promjenjivo magnetsko polje. Magnetna polja se pobuđuju pokretnim električnim nabojima (strujama) ili naizmjeničnim električnim poljima. Maxwellove jednadžbe nisu simetrične u odnosu na električna i magnetska polja. To se događa zato što električni naboji postoje, ali magnetni ne.

Jednačine materijala

Maksvelov sistem strukturnih jednačina dopunjen je jednačinama materijala koje odražavaju odnos vektora sa parametrima koji karakterišu električna i magnetna svojstva materije.

gdje je relativna dielektrična konstanta, je relativna magnetna permeabilnost, je specifična električna provodljivost, je električna konstanta, je magnetna konstanta. Medij se u ovom slučaju smatra izotropnim, ne-feromagnetnim, ne-feroelektričnim.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte	Zapišite Maxwellov sistem strukturnih jednačina za stacionarna polja.
Rješenje	Ako govorimo o stacionarnim poljima, onda mislimo na to: . Tada Maxwellov sistem jednačina poprima oblik: Izvori električnog polja u ovom slučaju su samo električni naboji. Izvori magnetskog polja su provodne struje. U našem slučaju, električno i magnetsko polje su neovisni jedno o drugom. Ovo omogućava odvojeno proučavanje konstantnog električnog polja i zasebnog magnetnog polja.

PRIMJER 2

Vježbajte	Zapišite funkciju gustoće struje pomaka ovisno o udaljenosti od ose solenoida (), ako magnetsko polje solenoida varira u skladu sa zakonom: . R je polumjer solenoida. Solenoid je direktan. Razmotrite slučaj kada Nacrtajte graf).
Rješenje	Kao osnovu za rješavanje problema koristimo jednačinu iz Maxwellovog sistema jednačina u integralnom obliku: Definirajmo struju pristranosti kao: Nađimo parcijalni izvod koristeći datu zavisnost B(t):

34. ŠTA JE ELEKTRODINAMIKA?

Sada počinjemo proučavati novi dio fizike, "Elektrodinamiku". Sam naziv pokazuje da ćemo govoriti o procesima koji su određeni kretanjem i interakcijom električno nabijenih čestica. Ova interakcija se naziva elektromagnetna. Proučavanje prirode ove interakcije dovest će nas do jednog od najosnovnijih koncepata fizike - koncepta elektromagnetnog polja.

Elektrodinamika je nauka o svojstvima i obrascima ponašanja posebne vrste materije - elektromagnetnog polja koje je u interakciji između električno nabijenih tijela ili čestica.

Među četiri vrste interakcija koje je otkrila nauka - gravitacijskim, elektromagnetnim, jakim (nuklearnim) i slabim - elektromagnetne interakcije zauzimaju prvo mjesto po širini i raznolikosti manifestacija. U svakodnevnom životu i tehnologiji najčešće se susrećemo sa raznim vrstama elektromagnetnih sila. To su sile elastičnosti, trenja, snaga naših mišića i mišića raznih životinja.

Elektromagnetne interakcije vam omogućavaju da vidite knjigu koju čitate jer je svjetlost oblik elektromagnetnog polja. Sam život je nezamisliv bez ovih sila. Živa bića, pa čak i ljudi, kako su pokazali letovi kosmonauta, u stanju su dugo vremena biti u bestežinskom stanju, kada sile univerzalne gravitacije ne utiču na životnu aktivnost organizama. Ali ako bi djelovanje elektromagnetnih sila na trenutak prestalo, život bi odmah nestao.

U interakciji čestica u najmanjim sistemima prirode - u atomskim jezgrama - i u interakciji kosmičkih tijela, elektromagnetske sile igraju važnu ulogu, dok jake i slabe interakcije određuju procese samo u vrlo maloj mjeri, a gravitacijske sile samo na kosmička skala. Struktura atomske ljuske, kohezija atoma u

molekule (hemijske sile) i formiranje makroskopskih količina materije određuju isključivo elektromagnetne sile. Teško je, gotovo nemoguće, ukazati na pojave koje ne bi bile povezane s djelovanjem elektromagnetnih sila.

Stvaranje elektrodinamike dovelo je do dugog lanca sistematskih istraživanja i slučajnih otkrića, počevši od otkrića sposobnosti ćilibara, utrljanog o svilu, da privuče lagane objekte pa do hipoteze velikog engleskog naučnika Jamesa Clerka Maxwella o stvaranje magnetskog polja naizmjeničnim električnim poljem. Tek u drugoj polovini 19. stoljeća, nakon stvaranja elektrodinamike, počinje široka praktična upotreba elektromagnetnih pojava. Pronalazak radija A. S. Popova jedna je od najvažnijih primjena principa nove teorije.

Sa razvojem elektrodinamike, po prvi put su naučna istraživanja prethodila tehničkim primenama. Ako je parna mašina izgrađena mnogo prije stvaranja teorije toplinskih procesa, tada se pokazalo da je moguće konstruirati elektromotor ili radio prijemnik tek nakon otkrića i proučavanja zakona elektrodinamike.

Bezbrojne praktične primjene elektromagnetnih pojava promijenile su živote ljudi širom svijeta. Moderna civilizacija je nezamisliva bez široke upotrebe električne energije.

Naš zadatak je da proučimo osnovne zakone elektromagnetnih interakcija, kao i da se upoznamo sa glavnim načinima dobijanja električne energije i njenog korišćenja u praksi.