ورودالکترودینامیک در فیزیک چه مطالعه می کند؟ فرمول های اساسی الکترودینامیک سوالات تستی برای تست
الکترودینامیک ... فرهنگ لغت املا - کتاب مرجع
نظریه کلاسیک (غیر کوانتومی) رفتار میدان الکترومغناطیسی، که برهمکنش بین الکتریکی را انجام می دهد. بارها (برهم کنش الکترومغناطیسی). قوانین کلاسیک ماکروسکوپی E. در معادلات ماکسول فرموله شده اند که اجازه می دهد ... دایره المعارف فیزیکی
- (از کلمه الکتریسیته، و یونانی دینامیس قدرت). بخشی از فیزیک که به عمل جریان های الکتریکی می پردازد. فرهنگ لغات کلمات خارجی موجود در زبان روسی. Chudinov A.N., 1910. ELECTRODYNAMICS از کلمه الکتریسیته و یونانی. پویایی، قدرت ... فرهنگ لغت کلمات خارجی زبان روسی
دایره المعارف مدرن
الکترودینامیک- نظریه کلاسیک فرآیندهای الکترومغناطیسی غیرکوانتومی که در آن نقش اصلی را برهمکنش بین ذرات باردار در رسانه های مختلف و در خلاء ایفا می کند. پیش از تشکیل الکترودینامیک آثار سی کولن، جی بیوت، اف. ساوارت، ... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور
نظریه کلاسیک فرآیندهای الکترومغناطیسی در رسانه های مختلف و در خلاء. مجموعه عظیمی از پدیده‌ها را پوشش می‌دهد که در آنها نقش اصلی را فعل و انفعالات بین ذرات باردار که از طریق میدان الکترومغناطیسی انجام می‌شود، ایفا می‌کند. فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ
ELECTRODYNAMICS، در فیزیک، میدانی است که تعامل بین میدان های الکتریکی و مغناطیسی و اجسام باردار را مطالعه می کند. این رشته در قرن نوزدهم آغاز شد. او با آثار نظری خود جیمز مکسول، بعدها بخشی از... ... فرهنگ دانشنامه علمی و فنی
الکترودینامیک، الکترودینامیک، بسیاری دیگر. نه، زن (رجوع کنید به برق و دینامیک) (فیزیکی). گروه فیزیک، مطالعه خواص جریان الکتریکی، الکتریسیته در حرکت؛ مورچه الکترواستاتیک فرهنگ لغت توضیحی اوشاکوف. D.N. اوشاکوف. 1935 1940 ... فرهنگ توضیحی اوشاکوف
ELECTRODYNAMICS، و، g. (متخصص.). تئوری فرآیندهای الکترومغناطیسی در محیط های مختلف و در خلاء. فرهنگ لغت توضیحی اوژگوف. S.I. اوژگوف، ن.یو. شودووا. 1949 1992 … فرهنگ توضیحی اوژگوف
اسم، تعداد مترادف: 2 دینامیک (18) فیزیک (55) فرهنگ لغت مترادف ASIS. V.N. تریشین. 2013 … فرهنگ لغت مترادف
الکترودینامیک- - [A.S. Goldberg. فرهنگ لغت انرژی انگلیسی - روسی. 2006] مباحث مهندسی قدرت در الکترودینامیک عمومی EN ... راهنمای مترجم فنی
کتاب ها
- الکترودینامیک، A. E. Ivanov. این کتاب درسی خودکفا است: سخنرانی هایی را ارائه می دهد که چندین سال توسط یک دانشیار در مرکز تخصصی آموزشی و علمی MSTU ارائه شده است. N. E. Bauman...
- الکترودینامیک، سرگئی آناتولیویچ ایوانف. ...
مبانی الکترودینامیک. الکترواستاتیک
مبانی الکترودینامیک
الکترودینامیک- علم خواص میدان الکترومغناطیسی.
میدان الکترومغناطیسی- توسط حرکت و تعامل ذرات باردار تعیین می شود.
تجلی میدان الکتریکی/مغناطیسی- این عمل نیروهای الکتریکی / مغناطیسی است:
1) نیروهای اصطکاک و نیروهای الاستیک در جهان ماکرو.
2) عمل نیروهای الکتریکی / مغناطیسی در جهان کوچک (ساختار اتمی، جفت شدن اتم ها به مولکول ها،
تبدیل ذرات بنیادی)
کشف میدان الکتریکی/مغناطیسی- جی. ماکسول.
الکترواستاتیک
شاخه الکترودینامیک اجسام دارای بار الکتریکی را در حال سکون مطالعه می کند.
ذرات بنیادیممکن است ایمیل داشته باشد شارژ، سپس آنها را شارژ می گویند.
- با نیروهایی که به فاصله بین ذرات بستگی دارد، با یکدیگر تعامل دارند،
اما چندین برابر نیروهای گرانش متقابل تجاوز کند (این برهمکنش نامیده می شود
الکترومغناطیسی).
پست الکترونیک شارژ- فیزیکی مقدار شدت برهمکنش های الکتریکی/مغناطیسی را تعیین می کند.
دو علامت بار الکتریکی وجود دارد: مثبت و منفی.
ذرات با بارهای مشابه دفع می کنند و ذرات با بارهای غیرمشابه جذب می شوند.
یک پروتون دارای بار مثبت، یک الکترون دارای بار منفی و یک نوترون از نظر الکتریکی خنثی است.
شارژ ابتدایی- حداقل هزینه ای که قابل تقسیم نیست.
چگونه می توان وجود نیروهای الکترومغناطیسی در طبیعت را توضیح داد؟
- تمام اجسام حاوی ذرات باردار هستند.
در حالت طبیعی بدن، ال. خنثی (از آنجایی که اتم خنثی است) و الکتریکی/مغناطیسی. قدرت ها آشکار نمی شوند.
بدن شارژ می شود، اگر دارای بیش از حد شارژ از هر علامت باشد:
بار منفی - اگر الکترون بیش از حد وجود داشته باشد.
بار مثبت - در صورت کمبود الکترون.
برقی شدن اجسام- این یکی از راه های بدست آوردن اجسام باردار است، به عنوان مثال، از طریق تماس).
در این حالت، هر دو جسم باردار می شوند و بارها از نظر علامت مخالف، اما از نظر قدر برابر هستند.
قانون پایستگی بار الکتریکی
در یک سیستم بسته، مجموع جبری بارهای همه ذرات بدون تغییر باقی می ماند.
(... اما نه تعداد ذرات باردار، زیرا تبدیل ذرات بنیادی وجود دارد).
سیستم بسته
سیستمی از ذرات که ذرات باردار از بیرون وارد آن نمی شوند و از آن خارج نمی شوند.
قانون کولمب
قانون اساسی الکترواستاتیک
نیروی برهمکنش بین دو جسم باردار ثابت نقطه ای در خلاء نسبت مستقیم دارد
حاصل ضرب ماژول های شارژ و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد.
چه زمانی اجسام اجسام نقطه ای در نظر گرفته می شوند? - اگر فاصله بین آنها چند برابر اندازه اجسام باشد.
اگر دو جسم دارای بار الکتریکی باشند، بر اساس قانون کولن برهم کنش می‌کنند.
واحد بار الکتریکی
1 C باری است که در 1 ثانیه با جریان 1 آمپر از سطح مقطع هادی عبور می کند.
1 درجه سانتیگراد شارژ بسیار زیادی است.
شارژ عنصری:
میدان الکتریکی
یک بار الکتریکی در اطراف وجود دارد، از نظر مادی.
ویژگی اصلی میدان الکتریکی: عمل با نیروی بار الکتریکی وارد شده به آن.
میدان الکترواستاتیک- میدان بار الکتریکی ساکن با زمان تغییر نمی کند.
قدرت میدان الکتریکی- ویژگی های کمی el. زمینه های.
نسبت نیرویی است که میدان بر روی بار نقطه ای معرفی شده وارد می کند به بزرگی این بار.
- به بزرگی بار معرفی شده بستگی ندارد، بلکه میدان الکتریکی را مشخص می کند!
جهت بردار کشش
منطبق با جهت بردار نیروی وارد بر بار مثبت و مخالف جهت نیروی وارد بر بار منفی است.
قدرت میدان شارژ نقطه ای:
که در آن q0 باری است که میدان الکتریکی ایجاد می کند.
در هر نقطه از میدان، شدت همیشه در امتداد خط مستقیمی است که این نقطه و q0 را به هم متصل می کند.
ظرفیت الکتریکی
توانایی دو رسانا را برای تجمع بار الکتریکی مشخص می کند.
- به q و U بستگی ندارد.
- به ابعاد هندسی هادی ها، شکل آنها، موقعیت نسبی، خواص الکتریکی محیط بین هادی ها بستگی دارد.
واحدهای SI: (F - فاراد)
خازن ها
دستگاه الکتریکی که شارژ را ذخیره می کند
(دو هادی که توسط یک لایه دی الکتریک از هم جدا شده اند).
جایی که d بسیار کوچکتر از ابعاد هادی است.
تعیین بر روی نمودارهای الکتریکی:
تمام میدان الکتریکی در داخل خازن متمرکز شده است.
بار یک خازن قدر مطلق بار روی یکی از صفحات خازن است.
انواع خازن:
1. بر اساس نوع دی الکتریک: هوا، میکا، سرامیک، الکترولیتی
2. با توجه به شکل صفحات: مسطح، کروی.
3. با ظرفیت: ثابت، متغیر (قابل تنظیم).
ظرفیت الکتریکی یک خازن تخت
که در آن S مساحت صفحه (آبکاری) خازن است
د - فاصله بین صفحات
eo - ثابت الکتریکی
e - ثابت دی الکتریک دی الکتریک
از جمله خازن ها در یک مدار الکتریکی
موازی
متوالی
سپس ظرفیت الکتریکی کل (C):
هنگام اتصال موازی
. 
هنگام اتصال سری
اتصالات DC AC
برق- حرکت منظم ذرات باردار (الکترون ها یا یون های آزاد).
در این حالت برق از طریق مقطع هادی منتقل می شود. بار (در طول حرکت حرارتی ذرات باردار، کل بار الکتریکی منتقل شده = 0، زیرا بارهای مثبت و منفی جبران می شوند).
جهت ایمیل جاری- در نظر گرفتن جهت حرکت ذرات باردار مثبت (از + به -) به طور معمول پذیرفته شده است.
اقدامات ایمیل جریان (در هادی):
اثر حرارتی جریان- گرمایش هادی (به جز ابررساناها)؛
اثر شیمیایی جریان -موادی که الکترولیت را تشکیل می دهند روی الکترودها آزاد می شوند.
اثر مغناطیسی جریان(اصلی) - در همه رساناها مشاهده می شود (انحراف سوزن مغناطیسی در نزدیکی هادی با جریان و تأثیر نیروی جریان بر هادی های همسایه از طریق میدان مغناطیسی).
قانون OHM برای یک بخش مدار
که در آن، R مقاومت مقطع مدار است. (خود هادی را نیز می توان بخشی از مدار در نظر گرفت).
هر هادی مشخصه جریان ولتاژ خاص خود را دارد.
مقاومت
مشخصات الکتریکی اساسی یک هادی
- طبق قانون اهم، این مقدار برای یک هادی معین ثابت است.
1 اهم مقاومت یک هادی با اختلاف پتانسیل در انتهای آن است
در ولتاژ 1 ولت و شدت جریان در آن 1 آمپر است.
مقاومت فقط به خواص هادی بستگی دارد:
جایی که S سطح مقطع هادی است، l طول هادی است.
ro - مقاومتی که ویژگی های ماده رسانا را مشخص می کند.
مدارهای الکتریکی
آنها از یک منبع، یک مصرف کننده جریان الکتریکی، سیم ها و یک کلید تشکیل شده اند.
سری اتصال هادی ها
I - قدرت جریان در مدار
U - ولتاژ در انتهای بخش مدار
اتصال موازی هادی ها
I - قدرت جریان در بخش بدون انشعاب مدار
U - ولتاژ در انتهای بخش مدار
R - مقاومت کل بخش مدار
نحوه اتصال ابزارهای اندازه گیری را به خاطر بسپارید:
آمپرمتر - به صورت سری به هادی متصل می شود که جریان در آن اندازه گیری می شود.
ولت متر - به موازات هادی که ولتاژ روی آن اندازه گیری می شود متصل می شود.
عملیات DC
کار جاری- این کار میدان الکتریکی برای انتقال بارهای الکتریکی در امتداد هادی است.
کار انجام شده توسط جریان در قسمتی از مدار برابر است با حاصل ضرب جریان، ولتاژ و زمانی که در طی آن کار انجام شده است.
با استفاده از فرمول قانون اهم برای یک بخش از مدار، می توانید چندین نسخه از فرمول را برای محاسبه کار جریان بنویسید:
طبق قانون بقای انرژی:
کار برابر با تغییر انرژی یک بخش از مدار است، بنابراین انرژی آزاد شده توسط هادی برابر با کار جریان است.
در سیستم SI:
قانون ژول-لنز
هنگامی که جریان از یک هادی عبور می کند، هادی گرم می شود و تبادل حرارت با محیط اتفاق می افتد، یعنی. هادی گرما را به اجسام اطراف خود می دهد.
مقدار گرمای آزاد شده توسط هادی که جریان را به محیط منتقل می کند برابر است با حاصل ضرب مجذور قدرت جریان، مقاومت هادی و زمان عبور جریان از هادی.
طبق قانون بقای انرژی، مقدار گرمای آزاد شده توسط یک رسانا از نظر عددی برابر است با کار جریانی که در همان زمان از هادی عبور می کند.
در سیستم SI:
[Q] = 1 J
برق DC
نسبت کار انجام شده توسط جریان در طول زمان t به این بازه زمانی.
در سیستم SI:
پدیده ابررسانایی
کشف ابررسانایی دمای پایین:
1911 - دانشمند هلندی Kamerling - Onnes
در دماهای بسیار پایین (زیر 25 کلوین) در بسیاری از فلزات و آلیاژها مشاهده شد.
در چنین دماهایی، مقاومت این مواد به طور ناپدید کننده ای کوچک می شود.
در سال 1957، توضیحی نظری درباره پدیده ابررسانایی ارائه شد:
کوپر (ایالات متحده آمریکا)، بوگولیوبوف (اتحادیه شوروی)
1957 آزمایش کالینز: جریان در مدار بسته بدون منبع جریان به مدت 2.5 سال متوقف نشد.
در سال 1986، ابررسانایی با دمای بالا (در 100 K) (برای فلز-سرامیک) کشف شد.
دشواری دستیابی به ابررسانایی:
- نیاز به خنک سازی قوی ماده
حوزه کاربرد:
- به دست آوردن میدان های مغناطیسی قوی؛
- آهنرباهای الکتریکی قدرتمند با سیم پیچ ابررسانا در شتاب دهنده ها و ژنراتورها.
در حال حاضر در بخش انرژی وجود دارد یک مشکل بزرگ
- تلفات زیاد برق در حین انتقالاو با سیم
راه حل ممکنچالش ها و مسائل:
با ابررسانایی، مقاومت هادی ها تقریباً 0 است
و تلفات انرژی به شدت کاهش می یابد.
ماده ای با بالاترین دمای ابررسانا
در سال 1988 در ایالات متحده آمریکا در دمای 148- درجه سانتیگراد پدیده ابررسانایی به دست آمد. هادی مخلوطی از اکسیدهای تالیوم، کلسیم، باریم و مس - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox بود.
نیمه هادی -
ماده ای که مقاومت آن می تواند در محدوده وسیعی تغییر کند و با افزایش دما خیلی سریع کاهش می یابد، به این معنی که رسانایی الکتریکی (1/R) افزایش می یابد.
- در سیلیکون، ژرمانیوم، سلنیوم و برخی ترکیبات مشاهده شده است.
مکانیزم هدایتدر نیمه هادی ها
کریستال های نیمه هادی دارای یک شبکه کریستالی اتمی هستند که در آن الکترون های بیرونی توسط پیوندهای کووالانسی به اتم های همسایه متصل می شوند.
در دماهای پایین، نیمه هادی های خالص الکترون آزاد ندارند و مانند یک عایق رفتار می کنند.
جریان الکتریکی در خلاء
خلاء چیست؟
- این درجه کمیاب شدن گازی است که در آن عملاً هیچ برخوردی از مولکول وجود ندارد.
جریان الکتریکی امکان پذیر نیست زیرا تعداد احتمالی مولکول های یونیزه نمی تواند رسانایی الکتریکی را فراهم کند.
- در صورت استفاده از منبع ذرات باردار، امکان ایجاد جریان الکتریکی در خلاء وجود دارد.
- عمل یک منبع ذرات باردار را می توان بر اساس پدیده انتشار ترمیونی استوار کرد.
انتشار ترمیونیک
- این گسیل الکترون ها توسط اجسام جامد یا مایع است که آنها تا دمای مربوط به درخشش قابل مشاهده فلز داغ گرم می شوند.
الکترود فلزی گرم شده به طور مداوم الکترون ساطع می کند و یک ابر الکترونی در اطراف خود تشکیل می دهد.
در حالت تعادل، تعداد الکترون‌هایی که الکترود را ترک کرده‌اند برابر با تعداد الکترون‌هایی است که به آن بازگشته‌اند (زیرا الکترود با از دست دادن الکترون‌ها بار مثبت پیدا می‌کند).
هر چه دمای فلز بیشتر باشد، چگالی ابر الکترونی بیشتر است.
دیود خلاء
جریان الکتریکی در خلاء در لوله های خلاء امکان پذیر است.
لوله خلاء وسیله ای است که از پدیده انتشار ترمیونی استفاده می کند.
دیود خلاء یک لوله الکترونی دو الکترودی (A - آند و K - کاتد) است.
فشار بسیار کمی در داخل ظرف شیشه ای ایجاد می شود
H - رشته ای در داخل کاتد قرار می گیرد تا آن را گرم کند. سطح کاتد گرم شده الکترون ساطع می کند. اگر آند به منبع جریان + وصل شود و کاتد به - وصل شود، مدار جریان می یابد.
جریان حرارتی ثابت دیود خلاء رسانایی یک طرفه دارد.
آن ها اگر پتانسیل آند بیشتر از پتانسیل کاتد باشد، جریان در آند امکان پذیر است. در این حالت، الکترون‌های ابر الکترونی به آند جذب می‌شوند و جریان الکتریکی در خلاء ایجاد می‌کنند.
مشخصه جریان-ولتاژ دیود خلاء.
در ولتاژهای کم آند، تمام الکترون های ساطع شده از کاتد به آند نمی رسند و جریان الکتریکی کم است. در ولتاژهای بالا، جریان به حد اشباع می رسد، یعنی. حداکثر مقدار
برای اصلاح جریان متناوب از دیود خلاء استفاده می شود.
جریان در ورودی یکسو کننده دیود:
جریان خروجی یکسو کننده:
پرتوهای الکترونی
این جریانی از الکترون های سریع در حال پرواز در لوله های خلاء و دستگاه های تخلیه گاز است.
خواص پرتوهای الکترونی:
انحراف در میدان های الکتریکی؛
- انحراف در میدان های مغناطیسی تحت تأثیر نیروی لورنتس.
- هنگامی که یک پرتو به یک ماده برخورد کند، تابش اشعه ایکس ظاهر می شود.
- باعث درخشش (لومینسانس) برخی از جامدات و مایعات (لومینوفورها) می شود.
- ماده را با تماس با آن گرم کنید.
لوله اشعه کاتدی (CRT)
پدیده های انتشار ترمیونی و خواص پرتوهای الکترونی استفاده می شود.
یک CRT از یک تفنگ الکترونی، منحرف کننده های افقی و عمودی تشکیل شده است
صفحات الکترود و صفحه نمایش.
در تفنگ الکترونی، الکترون‌های ساطع شده توسط کاتد گرم شده از الکترود شبکه کنترل عبور می‌کنند و توسط آندها شتاب می‌گیرند. تفنگ الکترونی یک پرتو الکترونی را به یک نقطه متمرکز می کند و روشنایی نور صفحه را تغییر می دهد. انحراف صفحات افقی و عمودی به شما این امکان را می دهد که پرتو الکترونی روی صفحه را به هر نقطه از صفحه حرکت دهید. صفحه لوله با فسفر پوشانده شده است که با بمباران الکترون شروع به درخشش می کند.
دو نوع لوله وجود دارد:
1) با کنترل الکترواستاتیک پرتو الکترونی (انحراف پرتو الکتریکی فقط توسط میدان الکتریکی).
2) با کنترل الکترومغناطیسی (کویل های انحراف مغناطیسی اضافه می شوند).
کاربردهای اصلی CRT:
لوله های تصویر در تجهیزات تلویزیون؛
صفحه نمایش کامپیوتر؛
اسیلوسکوپ های الکترونیکی در فناوری اندازه گیری
جریان الکتریکی در گازها
در شرایط عادی، گاز یک دی الکتریک است، یعنی. از اتم‌ها و مولکول‌های خنثی تشکیل شده است و حاوی حامل‌های آزاد جریان الکتریکی نیست.
گاز رسانا یک گاز یونیزه است. گاز یونیزه دارای رسانایی الکترون یونی است.
هوا یک دی الکتریک در خطوط برق، خازن های هوا و کلیدهای تماسی است.
هوا در هنگام رعد و برق، جرقه الکتریکی یا قوس جوشکاری یک هادی است.
یونیزاسیون گاز
تجزیه اتم ها یا مولکول های خنثی به یون ها و الکترون های مثبت با حذف الکترون ها از اتم ها است. یونیزاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که یک گاز گرم می‌شود یا در معرض تشعشعات (UV، اشعه ایکس، رادیواکتیو) قرار می‌گیرد و با متلاشی شدن اتم‌ها و مولکول‌ها در هنگام برخورد با سرعت بالا توضیح داده می‌شود.
تخلیه گاز
این جریان الکتریکی در گازهای یونیزه است.
حامل های بار یون ها و الکترون های مثبت هستند. هنگام قرار گرفتن در معرض میدان الکتریکی یا مغناطیسی، تخلیه گاز در لوله های تخلیه گاز (لامپ) مشاهده می شود.
نوترکیب ذرات باردار
- اگر یونیزاسیون متوقف شود، گاز دیگر رسانا نیست، این در نتیجه ترکیب مجدد (اتحاد مجدد ذرات باردار مخالف) اتفاق می افتد.
تخلیه گاز خود نگهدار و غیر خود نگهدار وجود دارد.
تخلیه گاز غیر خود نگهدار
اگر عملکرد یونیزر متوقف شود، تخلیه نیز متوقف می شود.
وقتی دبی به حد اشباع رسید، نمودار افقی می شود. در اینجا رسانایی الکتریکی گاز فقط در اثر عمل یونیزر ایجاد می شود.
تخلیه گاز خود نگهدار
در این حالت، تخلیه گاز حتی پس از پایان یونیزه کننده خارجی به دلیل یون ها و الکترون های حاصل از یونیزاسیون ضربه (=یونیزاسیون شوک الکتریکی) ادامه می یابد. زمانی رخ می دهد که اختلاف پتانسیل بین الکترودها افزایش یابد (بهمن الکترونی رخ می دهد).
یک تخلیه گاز غیر خودپایدار می تواند به تخلیه گاز خودپایدار در زمانی که Ua = Uignition تبدیل شود.
تجزیه الکتریکی گاز
فرآیند تبدیل یک تخلیه گاز غیر خودپایدار به یک تخلیه خود نگهدار.
تخلیه گاز خودپایدار رخ می دهد 4 نوع:
1. دود شدن - در فشارهای کم (تا چند میلی متر جیوه) - در لوله های نور گاز و لیزرهای گاز مشاهده شده است.
2. جرقه - در فشار معمولی و قدرت میدان الکتریکی بالا (رعد و برق - قدرت جریان تا صدها هزار آمپر).
3. تاج - در فشار عادی در یک میدان الکتریکی غیر یکنواخت (در نوک).
4. قوس - چگالی جریان بالا، ولتاژ کم بین الکترودها (دمای گاز در کانال قوس -5000-6000 درجه سانتیگراد). در نورافکن ها و تجهیزات فیلم پروجکشن مشاهده می شود.
این ترشحات مشاهده می شود:
دود - در لامپ های فلورسنت؛
جرقه - در رعد و برق؛
کرونا - در رسوب‌دهنده‌های الکتریکی، در هنگام نشت انرژی؛
قوس - در حین جوشکاری، در لامپ های جیوه.
پلاسما
این چهارمین حالت تجمع یک ماده با درجه یونیزاسیون بالا به دلیل برخورد مولکول ها با سرعت بالا در دمای بالا است. در طبیعت یافت می شود: یونوسفر - پلاسمای یونیزه ضعیف، خورشید - پلاسمای کاملا یونیزه شده. پلاسمای مصنوعی - در لامپ های تخلیه گاز.
پلاسما می تواند:
دمای پایین - در دمای کمتر از 100000K؛
دمای بالا - در دمای بالای 100000K.
خواص اساسی پلاسما:
هدایت الکتریکی بالا
- تعامل قوی با میدان های الکتریکی و مغناطیسی خارجی.
در یک درجه حرارت 
هر ماده ای در حالت پلاسمایی است.
جالب اینجاست که 99 درصد ماده موجود در کیهان پلاسما است
سوالات آزمون برای تست
تعریف 1
الکترودینامیک شاخه ای از فیزیک است که به بررسی متغیرهای اساسی میدان الکترومغناطیسی و برهمکنش آنها می پردازد.
الکترودینامیک کلاسیک تمام خواص میدان الکترومغناطیسی و اصول ارتباط آن با سایر عناصر فیزیکی که بار الکتریکی خاصی را حمل می کنند را توصیف می کند. این عمل را می توان از طریق معادلات ماکسول و عبارت توان لورنتس تعیین کرد. در این مورد همیشه از مفاهیم اصلی الکترودینامیک زیر استفاده می شود: میدان الکترومغناطیسی، پتانسیل الکترومغناطیسی، بار الکتریکی و بردار Poynting.
بخش های اصلی این گرایش در فیزیک عبارتند از:
- مغناطیس استاتیک؛
- الکترواستاتیک؛
- الکترودینامیک یک محیط پیوسته
اساس اپتیک به عنوان شاخه ای از علم، الکترودینامیک در قالب فیزیک امواج رادیویی است. این جهت علمی پایه ای برای مهندسی برق و رادیو در نظر گرفته می شود.
شارژ الکتریکی
فعل و انفعالات الکترومغناطیسی از مهم ترین فعالیت های طبیعت هستند. نیروهای کشسانی و اصطکاک، فشار گاز و مایع را می توان به یک شاخص واحد از نیروی الکترومغناطیسی بین عناصر ماده کاهش داد. خود فعل و انفعالات در الکترودینامیک دیگر نمی توانند در اشکال عمیق تر از برهمکنش ها شکل بگیرند.
یادداشت 1
همان نوع اساسی مکمل گرانش است - جاذبه گرانشی و ثابت دو جسم فیزیکی.
با این حال، چندین تفاوت مهم بین فرآیندهای گرانشی و الکترومغناطیسی قابل مشاهده است:
- فقط اجسام باردار می توانند در فعل و انفعالات الکترومغناطیسی شرکت کنند.
- اتصال گرانشی همیشه جذب سیستماتیک یک جسم به جسم دیگر است.
- روابط الکترومغناطیسی می تواند دافعه یا جاذبه باشد.
- برهمکنش در الکترودینامیک بسیار شدیدتر از برهمکنش گرانشی است.
- هر جسم باردار مقدار مشخصی بار الکتریکی دارد.
تعریف 2
بار الکتریکی یک کمیت فیزیکی خاص است که با دقت بیشتری قدرت برهمکنش الکترومغناطیسی بین طبیعت و اجسام را تعیین می کند که واحد اندازه گیری آن کولن (C)1 است.
میدان الکتریکی
تئوری برهم کنش کوتاه برد بر فرضیه های قبلی ارائه شده دانشمندان غالب شد، در نتیجه میدان الکترومغناطیسی شی اصلی است که به طور کامل تعامل بین بارها را حتی از طریق خلاء منتقل می کند. در این زمینه، آثار و آثار دو دانشمند مشهور قرن نوزدهم - فارادی و ماکسول - تعیین کننده بود. فیزیکدانان با تأیید تجربی اظهارات خود توانستند اصل عملکرد میدان الکتریکی را کشف کنند.
بارهای ثابت نمی توانند میدان مغناطیسی تشکیل دهند، بنابراین، از این جنبه لازم است فقط در مورد خواص خود میدان الکتریکی صحبت شود.
بنابراین، ویژگی های اصلی میدان در الکترودینامیک عبارتند از:
- یک بار الکتریکی می تواند میدان قدرتمندی را در اطراف خود ایجاد کند.
- الکترودینامیک به هیچ رسانه خاصی نیاز ندارد و می تواند در ماده و در خلاء ایجاد شود؛ این شکل جایگزین خوبی برای وجود همه مواد است.
- میدان الکتریکی یک جسم فیزیکی اولیه است که قوانین رفتار دینامیک فرآیندها را در یک مدار الکتریکی ایجاد می کند.
منابع میدان الکتریکی را بارهای الکتریکی ثابت در نظر می گیرند و شاخص مطالعه این پدیده به اصطلاح بار آزمایشی است. با عمل این ماده می توان وجود میدان الکتریکی در یک فضای خاص را قضاوت کرد. علاوه بر این، با استفاده از شارژ آزمایشی، می توان شدت میدان را در حوزه های مختلف برهمکنش آن تعیین کرد. طبیعتاً این عنصر در الکترودینامیک باید نقطه ای و ثابت باشد.
به گفته دانشمندان، نیرویی که بر بار آزمایشی در میدان الکتریکی تأثیر می‌گذارد، کاملاً متناسب با بزرگی بار کل است. بنابراین، نسبت شدت به جریان انرژی دیگر به شاخص بار بستگی ندارد و یکی از ویژگی های میدان است.
شدت میدان الکتریکی رابطه بین بردار نیرو $\vec (F)$ است که با آن میدان الکترومغناطیسی روی بار آزمایشی $q$ و بار آزمایشی خود عمل می کند: $((\vec (E))=( \frac (\vec (F))(q)).)$
ولتاژ مواد در میدان یک کمیت برداری در نظر گرفته می شود که در هر نقطه از فضا ضریب خاصی از عنصر آزمایش وجود دارد. اگر امکان تعیین وابستگی بردار شدت مشخص شده به مختصات داده شده نقطه و زمان وجود داشته باشد، یک میدان داده می شود.
تبصره 2
همانطور که از این تعریف بر می آید، کشش معمولاً بر حسب N/kl اندازه گیری می شود، اما امروزه تنها امکان بررسی خواص این فرآیند وجود دارد.
رساناها در میدان الکتریکی
اگر قطب های باتری با سیم فلزی اتصال کوتاه داشته باشند، جریان الکتریکی را می توان به راحتی به دست آورد، اما اگر سیم با یک میله شیشه ای معمولی جایگزین شود، جریانی ایجاد نمی شود. فلز رسانای اصلی است و شیشه به عنوان دی الکتریک عمل می کند.
رساناها در الکترودینامیک به دلیل عدم وجود بارهای اضافی، عناصر باردار، که موقعیت آنها به هیچ وجه به نقطه ای در داخل خود ماده مربوط نمی شود، با دی الکتریک ها متفاوت هستند. بارهای آزاد تحت تأثیر میدان الکتریکی شروع به تعامل فعال می کنند و می توانند در کل حجم رسانا حرکت کنند.
تعریف 3
رساناها عمدتاً فلزاتی هستند که در آنها فقط الکترون های آزاد بارهای کاملاً رایگان در نظر گرفته می شوند که از ویژگی های فرآیند پیوند فلزی ناشی می شود.
واقعیت این است که الکترون ظرفیت دائمی که در لایه الکترونی بیرونی اتم فلز قرار دارد، نسبتاً ضعیف به هسته اتم متصل است. هنگامی که اتم های فلزی به هم متصل می شوند، ذرات ظرفیت آنها بدون پوسته باقی می مانند و "آزادانه شناور می شوند."
الکترولیت‌ها که محلول‌ها و مذاب‌ها هستند، نانو بارهای آزاد هستند که در آنها تفکیک مولکول‌ها به یون‌های مثبت و منفی آشکار می‌شود، همچنین به عنوان رسانا در میدان الکتریکی عمل می‌کنند. اگر مقداری نمک خوراکی را در یک لیوان آب معمولی بریزید، مولکول‌های $NaCl$ به تدریج به یون‌های مثبت $Na^+$ و $Cl^−$ تجزیه می‌شوند. تحت تأثیر یک میدان الکتریکی، این نشانگرها شروع به تشکیل یک حرکت منظم می کنند و در نتیجه جریان الکتریکی ایجاد می شود.
آب طبیعی به دلیل وجود نمک های محلول در آن هادی خوبی است، اما به خوبی فلزات نیست. همه می دانند که بدن انسان عمدتاً از آب تشکیل شده است که در آن عناصر نمکی خاصی نیز حل می شود. بنابراین بدن ما به عنوان رسانای جریان الکتریکی نیز عمل می کند.
شایان ذکر است که به دلیل وجود تعداد زیادی بار رایگان که قادر به حرکت در کل حجم فضایی هستند، هادی ها دارای برخی ویژگی های مشترک مشخصه هستند.
قیاس الکترومکانیکی
به راحتی می توان به تشابه خاصی بین اندوکتانس $L$ در الکترودینامیک و جرم $m$ در مکانیک توجه کرد. مشخص است که برای شتاب دادن کامل یک جسم به سرعت معین، لازم است مدتی صرف شود، زیرا تغییر فوری سرعت یک جسم فیزیکی غیرممکن است.
در شدت ثابت اعمال شده به بدن، این زمان به طور مستقیم به جرم $m$ بدن بستگی دارد. برای اینکه جریان در سیم پیچ به حداکثر مقدار خود برسد، زمان لازم است تا اندوکتانس $L$ سیم پیچ تعیین شود.
اگر مواد موجود در میدان الکتریکی با یک دیوار ثابت برخورد کنند، سرعت بدن به طور خودکار کاهش می یابد. دیوار تمام ضربه را می پذیرد و قدرت تخریب آن قوی تر است و جرم خود بدن بیشتر است. در واقع، تمام تشابهات الکترومکانیکی بسیار گسترده هستند و نه تنها به اندوکتانس و جرم، بلکه به سایر شاخص‌ها نیز مربوط می‌شوند که در عمل بسیار مفید نیستند.
تحقق وحدت و ثبات رابطه الکتریکی و مغناطیسی اولین نمونه تایید شده از نظریه یکسان سازی فعل و انفعالات فیزیکی شد. امروزه ثابت شده است که الکترودینامیک و برهمکنش های ضعیف در انرژی های بالا در یک فرآیند واحد ترکیب می شوند.
تعریف
میدان الکترومغناطیسی- این نوعی ماده است که خود را در تعامل اجسام باردار نشان می دهد.
الکترودینامیک برای آدمک ها
میدان الکترومغناطیسی اغلب به میدان های الکتریکی و مغناطیسی تقسیم می شود. خواص میدان های الکترومغناطیسی و اصول برهمکنش آنها توسط شاخه خاصی از فیزیک به نام الکترودینامیک بررسی می شود. در خود الکترودینامیک، بخش های زیر متمایز می شوند:
- الکترواستاتیک؛
- مغناطیس استاتیک؛
- الکترودینامیک پیوستار;
- الکترودینامیک نسبیتی
الکترودینامیک مبنای مطالعه و توسعه اپتیک (به عنوان شاخه ای از علم) و فیزیک امواج رادیویی است. این شاخه از علم پایه و اساس مهندسی رادیو و مهندسی برق است.
الکترودینامیک کلاسیک، در توصیف خواص میدان های الکترومغناطیسی و اصول برهمکنش آنها، از سیستم معادلات ماکسول (به شکل انتگرال یا دیفرانسیل) استفاده می کند و آن را با سیستم معادلات مواد، مرزها و شرایط اولیه تکمیل می کند. به گفته ماکسول، دو مکانیسم برای ظهور میدان مغناطیسی وجود دارد. این وجود جریان های هدایت (بار الکتریکی متحرک) و یک میدان الکتریکی متغیر با زمان (وجود جریان های جابجایی) است.
معادلات ماکسول
قوانین اساسی الکترودینامیک کلاسیک (سیستم معادلات ماکسول) نتیجه تعمیم داده های تجربی است و به اصل الکترودینامیک یک محیط ثابت تبدیل شده است. معادلات ماکسول به دو دسته ساختاری و مادی تقسیم می شوند. معادلات ساختاری به دو صورت انتگرال و دیفرانسیل نوشته می شوند. بیایید معادلات ماکسول را به صورت دیفرانسیل (سیستم SI) بنویسیم:
بردار شدت میدان الکتریکی کجاست. - بردار القای مغناطیسی.
بردار قدرت میدان مغناطیسی کجاست. - بردار جابجایی دی الکتریک؛ - بردار چگالی جریان.
چگالی توزیع بار الکتریکی کجاست
معادلات ساختاری ماکسول به شکل دیفرانسیل میدان الکترومغناطیسی را در هر نقطه از فضا مشخص می کند. اگر بارها و جریان ها به طور پیوسته در فضا توزیع شوند، اشکال انتگرال و دیفرانسیل معادلات ماکسول معادل هستند. با این حال، اگر سطوح ناپیوستگی وجود داشته باشد، شکل انتگرالی نوشتن معادلات ماکسول کلی تر است. (شکل انتگرالی نوشتن معادلات ماکسول را می توان در بخش "الکترودینامیک" یافت). برای دستیابی به هم ارزی ریاضی اشکال انتگرال و دیفرانسیل معادلات ماکسول، نماد دیفرانسیل با شرایط مرزی تکمیل می شود.
از معادلات ماکسول چنین بر می آید که یک میدان مغناطیسی متناوب یک میدان الکتریکی متناوب ایجاد می کند و بالعکس، یعنی این میدان ها جدایی ناپذیر هستند و یک میدان الکترومغناطیسی واحد را تشکیل می دهند. منابع میدان الکتریکی می توانند بارهای الکتریکی یا میدان مغناطیسی متغیر با زمان باشند. میدان های مغناطیسی با حرکت بارهای الکتریکی (جریان ها) یا میدان های الکتریکی متناوب تحریک می شوند. معادلات ماکسول با توجه به میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقارن نیستند. این به این دلیل است که بارهای الکتریکی وجود دارند، اما بارهای مغناطیسی وجود ندارند.
معادلات مواد
سیستم معادلات ساختاری ماکسول با معادلات مواد تکمیل شده است که منعکس کننده رابطه بردارها با پارامترهای مشخص کننده خواص الکتریکی و مغناطیسی ماده است.
که در آن ثابت دی الکتریک نسبی است، نفوذپذیری مغناطیسی نسبی، هدایت الکتریکی خاص، ثابت الکتریکی، ثابت مغناطیسی است. محیط در این مورد همسانگرد، غیر فرومغناطیسی، غیر فروالکتریک در نظر گرفته می شود.
نمونه هایی از حل مسئله
مثال 1
| ورزش | سیستم معادلات ساختاری ماکسول را برای میدان های ساکن بنویسید. |
| راه حل | اگر در مورد زمین های ثابت صحبت می کنیم، منظور ما این است که: . سپس سیستم معادلات ماکسول به شکل زیر در می آید:
منابع میدان الکتریکی در این مورد فقط بارهای الکتریکی هستند. منابع میدان مغناطیسی جریان های رسانایی هستند. در مورد ما، میدان های الکتریکی و مغناطیسی مستقل از یکدیگر هستند. این امکان مطالعه جداگانه یک میدان الکتریکی ثابت و یک میدان مغناطیسی جداگانه را فراهم می کند. |
مثال 2
| ورزش | تابع چگالی جریان جابجایی را بسته به فاصله از محور شیر برقی () بنویسید، اگر میدان مغناطیسی شیر برقی طبق قانون تغییر کند: . R شعاع شیر برقی است. شیر برقی مستقیم است. موردی را در نظر بگیرید که یک نمودار بکشید). |
| راه حل | به عنوان مبنایی برای حل مسئله، از معادله سیستم معادلات ماکسول به صورت انتگرال استفاده می کنیم:
بیایید جریان بایاس را به صورت زیر تعریف کنیم:
بیایید مشتق جزئی را با استفاده از وابستگی داده شده B(t) پیدا کنیم:
|
34. الكتروديناميك چيست؟
ما اکنون شروع به مطالعه بخش جدیدی از فیزیک، "الکترودینامیک" می کنیم. این نام خود نشان می دهد که ما در مورد فرآیندهایی صحبت خواهیم کرد که توسط حرکت و تعامل ذرات باردار الکتریکی تعیین می شوند. این برهمکنش الکترومغناطیسی نامیده می شود. مطالعه ماهیت این تعامل ما را به یکی از اساسی ترین مفاهیم فیزیک - مفهوم میدان الکترومغناطیسی - هدایت می کند.
الکترودینامیک علم خواص و الگوهای رفتار نوع خاصی از ماده است - میدان الکترومغناطیسی که بین اجسام یا ذرات باردار الکتریکی در تعامل است.
از میان چهار نوع فعل و انفعالات کشف شده توسط علم - گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی (هسته ای) و ضعیف - این برهمکنش های الکترومغناطیسی است که در وسعت و تنوع مظاهر جایگاه اول را به خود اختصاص می دهد. در زندگی روزمره و فناوری، ما اغلب با انواع مختلفی از نیروهای الکترومغناطیسی روبرو هستیم. اینها نیروهای کشسانی، اصطکاک، قدرت ماهیچه های ما و ماهیچه های حیوانات مختلف هستند.
فعل و انفعالات الکترومغناطیسی به شما امکان می دهد کتابی را که می خوانید ببینید زیرا نور نوعی میدان الکترومغناطیسی است. خود زندگی بدون این نیروها غیرقابل تصور است. موجودات زنده و حتی انسان ها، همانطور که پروازهای فضانوردی نشان داده است، می توانند برای مدت طولانی در حالت بی وزنی قرار گیرند، زمانی که نیروهای گرانش جهانی هیچ تأثیری بر فعالیت زندگی موجودات ندارند. اما اگر عمل نیروهای الکترومغناطیسی برای لحظه ای متوقف شود، زندگی بلافاصله ناپدید می شود.
در برهم کنش ذرات در کوچکترین سیستم های طبیعت - در هسته های اتم - و در برهم کنش اجسام کیهانی، نیروهای الکترومغناطیسی نقش مهمی ایفا می کنند، در حالی که برهمکنش های قوی و ضعیف فرآیندها را فقط در مقیاس بسیار کوچک تعیین می کنند و نیروهای گرانشی فقط در یک مقیاس کیهانی ساختار پوسته اتمی، انسجام اتم ها در
مولکول ها (نیروهای شیمیایی) و تشکیل مقادیر ماکروسکوپیک ماده صرفاً توسط نیروهای الکترومغناطیسی تعیین می شود. نشان دادن پدیده هایی که با عمل نیروهای الکترومغناطیسی مرتبط نباشند دشوار و تقریباً غیرممکن است.
ایجاد الکترودینامیک به زنجیره طولانی تحقیقات منظم و اکتشافات تصادفی منجر شد که با کشف توانایی کهربا، مالیده شده بر ابریشم، برای جذب اجسام سبک شروع شد و با فرضیه دانشمند بزرگ انگلیسی جیمز کلرک ماکسول در مورد تولید میدان مغناطیسی توسط یک میدان الکتریکی متناوب. تنها در نیمه دوم قرن نوزدهم، پس از ایجاد الکترودینامیک، استفاده عملی گسترده از پدیده های الکترومغناطیسی آغاز شد. اختراع رادیو توسط A. S. Popov یکی از مهمترین کاربردهای اصول نظریه جدید است.
با توسعه الکترودینامیک، برای اولین بار، تحقیقات علمی مقدم بر کاربردهای فنی شد. اگر موتور بخار مدت ها قبل از ایجاد نظریه فرآیندهای حرارتی ساخته شده باشد، پس از کشف و مطالعه قوانین الکترودینامیک، ساخت موتور الکتریکی یا گیرنده رادیویی امکان پذیر است.
کاربردهای عملی بیشماری از پدیده های الکترومغناطیسی زندگی مردم را در سراسر جهان متحول کرده است. تمدن مدرن بدون استفاده گسترده از انرژی الکتریکی قابل تصور نیست.
وظیفه ما مطالعه قوانین اساسی برهمکنش های الکترومغناطیسی و همچنین آشنایی با راه های اصلی به دست آوردن انرژی الکتریکی و استفاده از آن در عمل است.