Qu'étudie l'électrodynamique en physique ? Formules de base de l'électrodynamique. Questions de test pour tester

Électrodynamique... Dictionnaire d'orthographe-ouvrage de référence

Théorie classique (non quantique) du comportement du champ électromagnétique, qui réalise l'interaction entre l'électrique. charges (interaction électromagnétique). Lois classiques macroscopique E. sont formulés dans les équations de Maxwell, qui permettent... Encyclopédie physique

- (du mot électricité, et grec dinamis puissance). Partie de la physique qui traite de l'action des courants électriques. Dictionnaire de mots étrangers inclus dans la langue russe. Chudinov A.N., 1910. ÉLECTRODYNAMIQUE du mot électricité et grec. dynamisme, force... Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe

Encyclopédie moderne

Électrodynamique- théorie classique des processus électromagnétiques non quantiques dans laquelle le rôle principal est joué par les interactions entre particules chargées dans divers milieux et sous vide. La formation de l'électrodynamique a été précédée par les travaux de C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

Théorie classique des processus électromagnétiques dans divers milieux et sous vide. Couvre un vaste ensemble de phénomènes dans lesquels le rôle principal est joué par les interactions entre particules chargées réalisées à travers un champ électromagnétique... Grand dictionnaire encyclopédique

L'ÉLECTRODYNAMIQUE, en physique, domaine qui étudie l'interaction entre les champs électriques et magnétiques et les corps chargés. Cette discipline a débuté au 19ème siècle. avec ses travaux théoriques James MAXWELL, elle devint plus tard membre de... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

ÉLECTRODYNAMIQUE, électrodynamique, bien d'autres. non, femme (voir électricité et dynamique) (physique). Département de physique, étudiant les propriétés du courant électrique, l'électricité en mouvement ; fourmi. électrostatique. Dictionnaire explicatif d'Ouchakov. D.N. Ouchakov. 1935 1940... Dictionnaire explicatif d'Ouchakov

ÉLECTRODYNAMIQUE, et, g. (spécialiste.). Théorie des processus électromagnétiques dans divers milieux et sous vide. Dictionnaire explicatif d'Ojegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992… Dictionnaire explicatif d'Ojegov

Nom, nombre de synonymes : 2 dynamique (18) physique (55) Dictionnaire ASIS des synonymes. V.N. Trishin. 2013… Dictionnaire de synonymes

électrodynamique- - [A.S. Goldberg. Dictionnaire de l'énergie anglais-russe. 2006] Thèmes de l'ingénierie énergétique en général EN électrodynamique... Guide du traducteur technique

Livres

• Électrodynamique, A. E. Ivanov. Ce manuel se suffit à lui-même : il présente des conférences qui ont été données pendant plusieurs années par un professeur agrégé du centre pédagogique et scientifique spécialisé du MSTU. N.E. Bauman...
• Électrodynamique, Sergei Anatolyevich Ivanov. ...

FONDAMENTAUX DE L'ÉLECTRODYNAMIQUE. ÉLECTROSTATIQUE

FONDAMENTAUX DE L'ÉLECTRODYNAMIQUE

Électrodynamique- la science des propriétés du champ électromagnétique.

Champ électromagnétique- déterminé par le mouvement et l'interaction des particules chargées.

Manifestation d'un champ électrique/magnétique- c'est l'action des forces électriques/magnétiques :
1) forces de friction et forces élastiques dans le macrocosme ;
2) l'action des forces électriques/magnétiques dans le microcosme (structure atomique, couplage des atomes en molécules,
transformation de particules élémentaires)

Découverte du champ électrique/magnétique-J. Maxwell.

ÉLECTROSTATIQUE

La branche de l'électrodynamique étudie les corps chargés électriquement au repos.

Particules élémentaires peut-être avoir un e-mail charge, alors ils sont appelés chargés ;
- interagir entre elles avec des forces qui dépendent de la distance entre les particules,
mais dépassent plusieurs fois les forces de gravité mutuelle (cette interaction est appelée
électromagnétique).

E-mail charge- physique La valeur détermine l’intensité des interactions électriques/magnétiques.
Il existe 2 signes de charges électriques : positives et négatives.
Les particules ayant des charges similaires se repoussent et les particules ayant des charges différentes s'attirent.
Un proton a une charge positive, un électron une charge négative et un neutron est électriquement neutre.

Charge élémentaire- une redevance minimale non fractionnable.
Comment expliquer la présence de forces électromagnétiques dans la nature ?
- Tous les corps contiennent des particules chargées.
Dans l'état normal du corps, el. neutre (puisque l’atome est neutre) et électrique/magnétique. les pouvoirs ne se manifestent pas.

Le corps est chargé, s'il présente un excès de charges de tout signe :
chargé négativement - s'il y a un excès d'électrons ;
chargé positivement - s'il y a un manque d'électrons.

Électrification des carrosseries- c'est une des manières d'obtenir des corps chargés, par exemple par contact).
Dans ce cas, les deux corps sont chargés et les charges sont de signe opposé, mais de même ampleur.

Loi de conservation de la charge électrique.

Dans un système fermé, la somme algébrique des charges de toutes les particules reste inchangée.
(...mais pas le nombre de particules chargées, puisqu'il y a des transformations de particules élémentaires).

Systeme ferme

Un système de particules dans lequel les particules chargées n'entrent pas de l'extérieur et ne sortent pas.

La loi de coulomb

Loi fondamentale de l'électrostatique.

La force d'interaction entre deux corps chargés fixes dans le vide est directement proportionnelle
le produit des modules de charge et est inversement proportionnel au carré de la distance qui les sépare.

Quand les corps sont considérés comme des corps ponctuels? - si la distance qui les sépare est plusieurs fois supérieure à la taille des corps.
Si deux corps ont des charges électriques, alors ils interagissent selon la loi de Coulomb.

Unité de charge électrique
1 C est une charge traversant la section transversale d'un conducteur en 1 seconde à un courant de 1 A.
1 C est une charge très importante.
Charge élémentaire :

CHAMP ÉLECTRIQUE

Il y a une charge électrique autour, matériellement.
Propriété principale du champ électrique : l'action avec force sur la charge électrique qui y est introduite.

Champ électrostatique- le champ d'une charge électrique stationnaire ne change pas avec le temps.

Intensité du champ électrique.- caractéristiques quantitatives d'el. des champs.
est le rapport entre la force avec laquelle le champ agit sur la charge ponctuelle introduite et l'amplitude de cette charge.
- ne dépend pas de l'ampleur de la charge introduite, mais caractérise le champ électrique !

Direction du vecteur de tension
coïncide avec la direction du vecteur force agissant sur une charge positive et opposée à la direction de la force agissant sur une charge négative.

Intensité du champ de charge ponctuelle :

où q0 est la charge créant le champ électrique.
En tout point du champ, l’intensité est toujours dirigée le long de la droite reliant ce point à q0.

CAPACITÉ ÉLECTRIQUE

Caractérise la capacité de deux conducteurs à accumuler une charge électrique.
- ne dépend pas de q et de U.
- dépend des dimensions géométriques des conducteurs, de leur forme, de leur position relative, des propriétés électriques du milieu entre les conducteurs.

Unités SI : (F - farad)

CONDENSATEURS

Appareil électrique qui stocke la charge
(deux conducteurs séparés par une couche diélectrique).

Où d est beaucoup plus petit que les dimensions du conducteur.

Désignation sur les schémas électriques :

Tout le champ électrique est concentré à l’intérieur du condensateur.
La charge d'un condensateur est la valeur absolue de la charge sur l'une des plaques du condensateur.

Types de condensateurs :
1. par type de diélectrique : air, mica, céramique, électrolytique
2. selon la forme des plaques : plates, sphériques.
3. par capacité : constante, variable (réglable).

Capacité électrique d'un condensateur plat

où S est l'aire de la plaque (placage) du condensateur
d - distance entre les plaques
eo - constante électrique
e - constante diélectrique du diélectrique

Inclure des condensateurs dans un circuit électrique

parallèle

séquentiel

Alors la capacité électrique totale (C) :

lorsqu'il est connecté en parallèle

.

lorsqu'il est connecté en série

CONNEXIONS CC CA

Électricité- mouvement ordonné des particules chargées (électrons ou ions libres).
Dans ce cas, l’électricité est transférée à travers la section transversale du conducteur. charge (lors du mouvement thermique des particules chargées, la charge électrique totale transférée = 0, puisque les charges positives et négatives sont compensées).

Direction par e-mail actuel- il est classiquement admis de considérer le sens de déplacement des particules chargées positivement (de + à -).

Actions par e-mail courant (dans le conducteur) :

effet thermique du courant- échauffement du conducteur (sauf pour les supraconducteurs) ;

effet chimique du courant - n'apparaît que dans les électrolytes.Les substances qui composent l'électrolyte sont libérées sur les électrodes ;

effet magnétique du courant(principal) - observé dans tous les conducteurs (déviation de l'aiguille magnétique à proximité d'un conducteur avec courant et effet de force du courant sur les conducteurs voisins à travers un champ magnétique).

LOI D'OHM POUR UNE SECTION DE CIRCUIT

où , R est la résistance de la section du circuit. (le conducteur lui-même peut également être considéré comme une section du circuit).

Chaque conducteur possède sa propre caractéristique courant-tension spécifique.

RÉSISTANCE

Caractéristiques électriques de base d'un conducteur.
- selon la loi d'Ohm, cette valeur est constante pour un conducteur donné.

1 Ohm est la résistance d'un conducteur avec une différence de potentiel à ses extrémités
à 1 V et l'intensité du courant est de 1 A.

La résistance dépend uniquement des propriétés du conducteur :

où S est la section transversale du conducteur, l est la longueur du conducteur,
ro - résistivité caractérisant les propriétés de la substance conductrice.

CIRCUITS ÉLECTRIQUES

Ils se composent d'une source, d'un consommateur de courant électrique, de fils et d'un interrupteur.

CONNEXION EN SÉRIE DES CONDUCTEURS

I - intensité du courant dans le circuit
U - tension aux extrémités de la section du circuit

CONNEXION PARALLÈLE DES CONDUCTEURS

I - intensité du courant dans une section non ramifiée du circuit
U - tension aux extrémités de la section du circuit
R - résistance totale de la section du circuit

Rappelez-vous comment les instruments de mesure sont connectés :

Ampèremètre - connecté en série avec le conducteur dans lequel le courant est mesuré.

Voltmètre - connecté en parallèle au conducteur sur lequel la tension est mesurée.

FONCTIONNEMENT CC

Travail actuel- c'est le travail du champ électrique pour transférer des charges électriques le long du conducteur ;

Le travail effectué par le courant sur une section du circuit est égal au produit du courant, de la tension et du temps pendant lequel le travail a été effectué.

En utilisant la formule de la loi d'Ohm pour une section d'un circuit, vous pouvez écrire plusieurs versions de la formule de calcul du travail du courant :

D'après la loi de conservation de l'énergie :

Le travail est égal à la variation de l'énergie d'une section du circuit, donc l'énergie libérée par le conducteur est égale au travail du courant.

Dans le système SI :

LOI JOULE-LENZ

Lorsque le courant traverse un conducteur, celui-ci s'échauffe et un échange de chaleur se produit avec l'environnement, c'est-à-dire le conducteur dégage de la chaleur aux corps qui l'entourent.

La quantité de chaleur dégagée par un conducteur transportant du courant dans l'environnement est égale au produit du carré de l'intensité du courant, de la résistance du conducteur et du temps pendant lequel le courant traverse le conducteur.

Selon la loi de conservation de l'énergie, la quantité de chaleur dégagée par un conducteur est numériquement égale au travail effectué par le courant circulant dans le conducteur pendant ce même temps.

Dans le système SI :

[Q] = 1 J

COURANT CONTINU

Le rapport du travail effectué par le courant pendant le temps t à cet intervalle de temps.

Dans le système SI :

Le phénomène de supraconductivité

Découverte de la supraconductivité à basse température :
1911 - Le scientifique néerlandais Kamerling - Onnes
observé à des températures ultra-basses (inférieures à 25 K) dans de nombreux métaux et alliages ;
À de telles températures, la résistivité de ces substances devient extrêmement faible.

En 1957, une explication théorique du phénomène de supraconductivité fut donnée :
Cooper (États-Unis), Bogolyubov (URSS)

1957 L'expérience de Collins : le courant dans un circuit fermé sans source de courant ne s'est pas arrêté pendant 2,5 ans.

En 1986, la supraconductivité à haute température (à 100 K) a été découverte (pour les métallo-céramiques).

Difficulté à atteindre la supraconductivité :
- la nécessité d'un fort refroidissement de la substance

Champ d'application:
- obtenir des champs magnétiques puissants ;
- des électroaimants puissants à enroulement supraconducteur dans les accélérateurs et les générateurs.

Actuellement, dans le secteur de l'énergie, il existe un gros problème
- grandes pertes d'électricité pendant le transport elle par fil.

Solution possible Problèmes:
avec supraconductivité, la résistance des conducteurs est d'environ 0
et les pertes d'énergie sont fortement réduites.

Substance ayant la température supraconductrice la plus élevée
En 1988 aux USA, à une température de –148°C, le phénomène de supraconductivité a été obtenu. Le conducteur était un mélange d'oxydes de thallium, de calcium, de baryum et de cuivre - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox.

Semi-conducteur -

Substance dont la résistivité peut varier dans une large plage et diminue très rapidement avec l'augmentation de la température, ce qui signifie que la conductivité électrique (1/R) augmente.
- observé dans le silicium, le germanium, le sélénium et certains composés.

Mécanisme de conduction dans les semi-conducteurs

Les cristaux semi-conducteurs ont un réseau cristallin atomique dans lequel les électrons externes sont liés aux atomes voisins par des liaisons covalentes.
À basse température, les semi-conducteurs purs n’ont pas d’électrons libres et se comportent comme un isolant.

COURANT ÉLECTRIQUE SOUS VIDE

Qu'est-ce qu'un vide ?
- c'est le degré de raréfaction d'un gaz auquel il n'y a pratiquement pas de collisions de molécules ;

Le courant électrique n'est pas possible car le nombre possible de molécules ionisées ne peut pas assurer la conductivité électrique ;
- il est possible de créer du courant électrique dans le vide si l'on utilise une source de particules chargées ;
- l'action d'une source de particules chargées peut s'appuyer sur le phénomène d'émission thermoionique.

Émission thermoionique

- il s'agit de l'émission d'électrons par des corps solides ou liquides lorsqu'ils sont chauffés à des températures correspondant à la lueur visible du métal chaud.
L’électrode métallique chauffée émet continuellement des électrons, formant un nuage d’électrons autour d’elle.
Dans un état d'équilibre, le nombre d'électrons qui ont quitté l'électrode est égal au nombre d'électrons qui y sont revenus (puisque l'électrode se charge positivement lorsque des électrons sont perdus).
Plus la température du métal est élevée, plus la densité du nuage électronique est élevée.

Diode à vide

Le courant électrique dans le vide est possible dans les tubes à vide.
Un tube à vide est un appareil qui utilise le phénomène d'émission thermoionique.

Une diode à vide est un tube électronique à deux électrodes (A - anode et K - cathode).
Une très faible pression est créée à l’intérieur du récipient en verre

H - filament placé à l'intérieur de la cathode pour la chauffer. La surface de la cathode chauffée émet des électrons. Si l'anode est connectée au + de la source de courant et la cathode est connectée au -, alors le circuit circule
courant thermoionique constant. La diode à vide a une conductivité unidirectionnelle.
Ceux. le courant dans l'anode est possible si le potentiel anodique est supérieur au potentiel cathodique. Dans ce cas, les électrons du nuage électronique sont attirés vers l’anode, créant un courant électrique dans le vide.

Caractéristique courant-tension d'une diode à vide.

À de faibles tensions anodiques, tous les électrons émis par la cathode n’atteignent pas l’anode et le courant électrique est faible. Aux hautes tensions, le courant atteint la saturation, c'est-à-dire valeur maximum.
Une diode à vide est utilisée pour redresser le courant alternatif.

Courant à l'entrée du redresseur à diodes :

Courant de sortie du redresseur :

Faisceaux d'électrons

Il s'agit d'un flux d'électrons volant rapidement dans des tubes à vide et des dispositifs à décharge gazeuse.

Propriétés des faisceaux d'électrons :

Dévie dans les champs électriques ;
- dévier dans les champs magnétiques sous l'influence de la force de Lorentz ;
- lorsqu'un faisceau frappant une substance est décéléré, un rayonnement X apparaît ;
- provoque la lueur (luminescence) de certains solides et liquides (luminophores) ;
- chauffer la substance par contact.

Tube à rayons cathodiques (CRT)

Les phénomènes d'émission thermoionique et les propriétés des faisceaux d'électrons sont utilisés.

Un CRT se compose d'un canon à électrons, de déflecteurs horizontaux et verticaux
plaques d'électrodes et écran.
Dans un canon à électrons, les électrons émis par une cathode chauffée traversent l'électrode de la grille de commande et sont accélérés par les anodes. Un canon à électrons concentre un faisceau d'électrons en un point et modifie la luminosité de la lumière sur l'écran. Les plaques de déviation horizontales et verticales vous permettent de déplacer le faisceau d'électrons sur l'écran vers n'importe quel point de l'écran. L'écran du tube est recouvert d'un phosphore qui commence à briller lorsqu'il est bombardé d'électrons.

Il existe deux types de tubes :

1) avec contrôle électrostatique du faisceau d'électrons (déviation du faisceau électrique uniquement par le champ électrique) ;
2) avec contrôle électromagnétique (des bobines de déflexion magnétique sont ajoutées).

Principales applications du CRT :

tubes cathodiques dans les équipements de télévision;
écrans d'ordinateurs;
oscilloscopes électroniques en technologie de mesure.

COURANT ÉLECTRIQUE DANS LES GAZ

Dans des conditions normales, le gaz est un diélectrique, c'est-à-dire il est constitué d'atomes et de molécules neutres et ne contient pas de porteurs libres de courant électrique.
Le gaz conducteur est un gaz ionisé. Le gaz ionisé a une conductivité électron-ion.

L'air est un diélectrique dans les lignes électriques, les condensateurs à air et les interrupteurs à contact.

L'air est conducteur lors de la foudre, d'une étincelle électrique ou d'un arc de soudage.

Ionisation du gaz

Il s’agit de la décomposition d’atomes ou de molécules neutres en ions et électrons positifs en supprimant les électrons des atomes. L'ionisation se produit lorsqu'un gaz est chauffé ou exposé à des rayonnements (UV, rayons X, radioactifs) et s'explique par la désintégration des atomes et des molécules lors de collisions à grande vitesse.

Décharge de gaz

C'est du courant électrique dans des gaz ionisés.
Les porteurs de charge sont des ions positifs et des électrons. Une décharge gazeuse est observée dans les tubes à décharge gazeuse (lampes) lorsqu'ils sont exposés à un champ électrique ou magnétique.

Recombinaison de particules chargées

- le gaz cesse d'être conducteur si l'ionisation s'arrête, cela se produit par recombinaison (réunion de particules de charges opposées).

Il existe une décharge de gaz auto-entretenue et non auto-entretenue.

Décharge de gaz non autonome

Si l’action de l’ioniseur est arrêtée, la décharge s’arrêtera également.

Lorsque la décharge atteint la saturation, le graphique devient horizontal. Ici, la conductivité électrique du gaz est provoquée uniquement par l’action de l’ioniseur.

Décharge de gaz autonome

Dans ce cas, la décharge gazeuse continue même après l'arrêt de l'ioniseur externe en raison des ions et des électrons résultant de l'ionisation par impact (= ionisation du choc électrique) ; se produit lorsque la différence de potentiel entre les électrodes augmente (une avalanche d'électrons se produit).
Une décharge gazeuse non auto-entretenue peut se transformer en une décharge gazeuse auto-entretenue lorsque Ua = Uallumage.

Panne électrique du gaz

Le processus de transition d'une décharge gazeuse non auto-entretenue en une décharge auto-entretenue.

Une décharge de gaz auto-entretenue se produit 4 types :

1. combustion lente - à basse pression (jusqu'à plusieurs mm Hg) - observée dans les tubes lumineux à gaz et les lasers à gaz.
2. étincelle - à pression normale et à intensité de champ électrique élevée (foudre - intensité du courant jusqu'à des centaines de milliers d'ampères).
3. couronne - à pression normale dans un champ électrique non uniforme (à la pointe).
4. arc - densité de courant élevée, basse tension entre les électrodes (température du gaz dans le canal de l'arc -5 000 à 6 000 degrés Celsius) ; observé dans les projecteurs et les équipements de projection de films.

Ces rejets sont observés :

couvant - dans des lampes fluorescentes;
étincelle - dans la foudre ;
couronne - dans les précipitateurs électriques, lors de fuites d'énergie ;
arc - pendant le soudage, dans des lampes à mercure.

Plasma

Il s'agit du quatrième état d'agrégation d'une substance avec un degré élevé d'ionisation dû à la collision de molécules à grande vitesse et à haute température ; trouvé dans la nature : ionosphère - plasma faiblement ionisé, Soleil - plasma entièrement ionisé ; plasma artificiel - dans les lampes à décharge.

Le plasma peut être :

Basse température - à des températures inférieures à 100 000 K ;
haute température - à des températures supérieures à 100 000K.

Propriétés de base du plasma :

Haute conductivité électrique
- forte interaction avec les champs électriques et magnétiques externes.

A une température

Toute substance est à l'état plasmatique.

Il est intéressant de noter que 99 % de la matière de l’Univers est constituée de plasma.

QUESTIONS DE TEST POUR LES TESTS

Définition 1

L'électrodynamique est une branche de la physique qui étudie les variables fondamentales du champ électromagnétique et leur interaction.

L'électrodynamique classique décrit toutes les propriétés du champ électromagnétique et les principes de sa relation avec d'autres éléments physiques porteurs d'une certaine charge électrique. Cette action peut être déterminée grâce aux équations de Maxwell et à l'expression de la puissance de Lorentz. Dans ce cas, les principaux concepts suivants de l'électrodynamique sont toujours utilisés : champ électromagnétique, potentiel électromagnétique, charge électrique et vecteur de Poynting.

Les principales sections de cette direction en physique comprennent :

• magnétostatique;
• électrostatique;
• électrodynamique d'un milieu continu.

La base de l’optique, en tant que branche de la science, est l’électrodynamique sous la forme de la physique des ondes radio. Cette direction scientifique est considérée comme le fondement de l'ingénierie électrique et radio.

Charge électrique

Les interactions électromagnétiques comptent parmi les activités les plus importantes dans la nature. Les forces d'élasticité et de frottement, la pression du gaz et du liquide peuvent être réduites à un seul indicateur de la force électromagnétique entre les éléments de la matière. Les interactions elles-mêmes en électrodynamique ne peuvent plus se former sous des formes d’interactions plus profondes.

Note 1

Le même type fondamental de complémentarité est la gravitation – l’attraction gravitationnelle et constante de deux corps physiques.

Cependant, plusieurs différences importantes peuvent être observées entre les processus gravitationnels et électromagnétiques :

• Seuls les corps chargés peuvent participer aux interactions électromagnétiques ;
• la connexion gravitationnelle est toujours l’attraction systématique d’un corps vers un autre ;
• les relations électromagnétiques peuvent être soit de répulsion, soit d'attraction ;
• l'interaction en électrodynamique est beaucoup plus intense que l'interaction gravitationnelle ;
• Chaque corps chargé possède une certaine quantité de charge électrique.

Définition 2

La charge électrique est une grandeur physique spécifique qui détermine plus précisément la force de l'interaction électromagnétique entre la nature et les objets, dont l'unité de mesure est le coulomb (C)1.

Champ électrique

La théorie de l'interaction à courte portée a prévalu sur les hypothèses proposées précédemment par les scientifiques, à la suite de quoi le champ électromagnétique s'est avéré être l'objet principal qui transmet pleinement l'interaction entre les charges, même dans le vide. Les travaux et travaux de deux scientifiques célèbres du XIXe siècle - Faraday et Maxwell ont été décisifs dans ce domaine. Les physiciens ont pu découvrir le principe de fonctionnement du champ électrique grâce à la confirmation expérimentale de leurs affirmations.

Les charges fixes ne peuvent pas former de champ magnétique. Par conséquent, sous cet aspect, il est nécessaire de parler uniquement des propriétés du champ électrique lui-même.

Ainsi, les principales caractéristiques du champ en électrodynamique sont :

• une charge électrique peut créer un champ puissant autour d'elle ;
• l'électrodynamique ne nécessite aucun milieu spécifique et peut surgir dans la matière et dans le vide ; c'est une bonne forme d'existence alternative pour toute matière ;
• Le champ électrique est un objet physique primaire qui établit les lois de comportement de la dynamique des processus dans un circuit électrique.

Les sources du champ électrique sont considérées comme des charges électriques constantes, et l'indicateur permettant d'étudier ce phénomène est ce qu'on appelle la charge de test. Par l'action de cette substance, on peut juger de la présence d'un champ électrique dans un certain espace. De plus, au moyen d'une charge d'essai, il est possible de déterminer l'intensité du champ dans diverses sphères de son interaction. Naturellement, cet élément de l’électrodynamique doit être ponctuel et constant.

Selon les scientifiques, la force qui influence la charge d'essai dans un champ électrique est absolument proportionnelle à l'ampleur de la charge totale. Par conséquent, le rapport entre l'intensité et le flux d'énergie ne dépend plus de l'indice de charge et constitue l'une des propriétés du champ.

L'intensité du champ électrique est la relation entre le vecteur force $\vec (F)$, avec lequel le champ électromagnétique agit sur la charge de test $q$, et la charge de test elle-même : $((\vec (E))=( \frac (\vec ( F))(q)).)$

La tension des substances dans le champ est considérée comme une grandeur vectorielle, où en chaque point de l'espace il existe un certain coefficient de l'élément de test. Un champ est donné s'il est possible de déterminer la dépendance du vecteur d'intensité spécifié sur les coordonnées données du point et sur le temps.

Note 2

Comme il ressort de cette définition, la tension est généralement mesurée en N/kl, mais aujourd'hui il n'est possible d'étudier que les propriétés de ce processus.

Conducteurs dans un champ électrique

Le courant électrique peut être facilement obtenu si les pôles de la batterie sont court-circuités avec un fil métallique, mais si le fil est remplacé par une tige de verre ordinaire, aucun courant ne se produira. Le métal est le conducteur principal et le verre agit comme diélectrique.

Les conducteurs en électrodynamique diffèrent des diélectriques par l'absence de charges supplémentaires, éléments chargés dont la position n'est en aucun cas liée à un point à l'intérieur de la substance elle-même. Les charges libres commencent à interagir activement sous l'influence d'un champ électrique et peuvent se déplacer dans tout le volume du conducteur.

Définition 3

Les conducteurs sont principalement des métaux dans lesquels seuls les électrons libres sont considérés comme des charges absolument libres, qui résultent des particularités du processus de liaison métallique.

Le fait est que l’électron de valence permanent, situé sur la couche électronique externe de l’atome métallique, est plutôt faiblement lié au noyau atomique. Lorsque les atomes métalliques sont interconnectés, leurs particules de valence restent sans coque et « partent flotter librement ».

Les électrolytes, qui sont des solutions et des fusions, des nanocharges libres, dans lesquelles se manifeste la dissociation des molécules en ions positifs et négatifs, agissent également comme conducteurs dans un champ électrique. Si vous jetez une pincée de sel de table dans un verre d'eau ordinaire, les molécules $NaCl$ se décomposent progressivement en ions positifs $Na^+$ et $Cl^−$. Sous l’influence d’un champ électrique, ces indicateurs commenceront à former un mouvement ordonné, entraînant un courant électrique.

L'eau naturelle est un bon conducteur en raison de la présence de sels dissous, mais pas aussi bon que les métaux. Tout le monde sait que le corps humain est principalement constitué d’eau, dans laquelle certains éléments salins sont également dissous. Notre corps agit donc également comme conducteur de courant électrique.

Il convient de noter qu'en raison de la présence d'un grand nombre de charges libres capables de se déplacer dans tout le volume spatial, les conducteurs ont certaines propriétés communes caractéristiques.

Analogie électromécanique

Il est facile de remarquer une certaine analogie entre l'inductance $L$ en électrodynamique et la masse $m$ en mécanique. On sait que pour accélérer complètement un corps jusqu'à une certaine vitesse, il est nécessaire d'y consacrer du temps, car il est impossible de modifier instantanément la vitesse d'un corps physique.

A intensité constante appliquée au corps, ce temps dépendra directement de la masse $m$ du corps. Pour que le courant dans la bobine atteigne sa valeur maximale, il faut du temps pour établir l'inductance $L$ de la bobine.

La vitesse du corps diminuera automatiquement si les substances présentes dans le champ électrique entrent en collision avec un mur fixe. Le mur encaisse tout le coup, et son pouvoir destructeur est d'autant plus fort que la masse du corps lui-même est grande. En fait, toutes les analogies électromécaniques vont assez loin et concernent non seulement l'inductance et la masse, mais également d'autres indicateurs qui ne sont pas extrêmement utiles dans la pratique.

La prise de conscience de l'unité et de la constance des relations électriques et magnétiques est devenue le premier exemple confirmé de la théorie de l'unification des interactions physiques. Il est aujourd’hui prouvé que l’électrodynamique et les interactions faibles à hautes énergies sont combinées en un seul processus.

DÉFINITION

Champ électromagnétique- c'est un type de matière qui se manifeste dans l'interaction de corps chargés.

L'électrodynamique pour les nuls

Le champ électromagnétique est souvent divisé en champs électriques et magnétiques. Les propriétés des champs électromagnétiques et les principes de leur interaction sont étudiés par une branche spéciale de la physique appelée électrodynamique. En électrodynamique elle-même, on distingue les sections suivantes :

1. électrostatique;
2. magnétostatique;
3. électrodynamique du continuum;
4. électrodynamique relativiste.

L'électrodynamique est à la base de l'étude et du développement de l'optique (en tant que branche de la science) et de la physique des ondes radio. Cette branche de la science constitue le fondement de l’ingénierie radio et de l’ingénierie électrique.

L’électrodynamique classique, pour décrire les propriétés des champs électromagnétiques et les principes de leur interaction, utilise le système d’équations de Maxwell (sous forme intégrale ou différentielle), en le complétant par un système d’équations matérielles, de conditions aux limites et initiales. Selon Maxwell, il existe deux mécanismes pour l’émergence d’un champ magnétique. Il s'agit de la présence de courants de conduction (charge électrique en mouvement) et d'un champ électrique variable dans le temps (présence de courants de déplacement).

Les équations de Maxwell

Les lois fondamentales de l'électrodynamique classique (système d'équations de Maxwell) sont le résultat d'une généralisation des données expérimentales et sont devenues la quintessence de l'électrodynamique d'un milieu stationnaire. Les équations de Maxwell sont divisées en équations structurelles et matérielles. Les équations structurelles sont écrites sous deux formes : intégrale et différentielle. Écrivons les équations de Maxwell sous forme différentielle (système SI) :

où est le vecteur d’intensité du champ électrique ; - vecteur d'induction magnétique.

où est le vecteur d’intensité du champ magnétique ; - vecteur de déplacement diélectrique ; - vecteur densité de courant.

où est la densité de distribution de charge électrique.

Les équations structurelles de Maxwell sous forme différentielle caractérisent le champ électromagnétique en chaque point de l'espace. Si les charges et les courants sont distribués continuellement dans l'espace, alors les formes intégrale et différentielle des équations de Maxwell sont équivalentes. Cependant, s'il existe des surfaces de discontinuité, alors la forme intégrale d'écriture des équations de Maxwell est plus générale. (La forme intégrale de l’écriture des équations de Maxwell se trouve dans la section « Électrodynamique »). Pour obtenir l'équivalence mathématique des formes intégrale et différentielle des équations de Maxwell, la notation différentielle est complétée par des conditions aux limites.

Des équations de Maxwell, il s'ensuit qu'un champ magnétique alternatif génère un champ électrique alternatif et vice versa, c'est-à-dire que ces champs sont inséparables et forment un seul champ électromagnétique. Les sources du champ électrique peuvent être soit des charges électriques, soit un champ magnétique variable dans le temps. Les champs magnétiques sont excités par des charges électriques en mouvement (courants) ou des champs électriques alternatifs. Les équations de Maxwell ne sont pas symétriques par rapport aux champs électriques et magnétiques. Cela se produit parce que les charges électriques existent, mais pas les charges magnétiques.

Équations matérielles

Le système d'équations structurelles de Maxwell est complété par des équations matérielles qui reflètent la relation des vecteurs avec des paramètres caractérisant les propriétés électriques et magnétiques de la matière.

où est la constante diélectrique relative, est la perméabilité magnétique relative, est la conductivité électrique spécifique, est la constante électrique, est la constante magnétique. Le milieu dans ce cas est considéré comme isotrope, non ferromagnétique et non ferroélectrique.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Exercice

Écrivez le système d'équations structurelles de Maxwell pour les champs stationnaires.

Solution

Si nous parlons de champs stationnaires, alors nous voulons dire que : . Le système d’équations de Maxwell prend alors la forme : Les sources du champ électrique dans ce cas sont uniquement des charges électriques. Les sources du champ magnétique sont des courants de conduction. Dans notre cas, les champs électriques et magnétiques sont indépendants l’un de l’autre. Cela permet d'étudier séparément un champ électrique constant et un champ magnétique distinct.

EXEMPLE 2

Exercice	Notez la fonction de densité de courant de déplacement en fonction de la distance à l'axe du solénoïde (), si le champ magnétique du solénoïde varie selon la loi : . R est le rayon du solénoïde. Le solénoïde est direct. Considérons le cas où Dessiner un graphique).
Solution	Comme base pour résoudre le problème, nous utilisons l’équation du système d’équations de Maxwell sous forme intégrale : Définissons le courant de polarisation comme : Trouvons la dérivée partielle en utilisant la dépendance donnée B(t) :

34. QU'EST-CE QUE L'ÉLECTRODYNAMIQUE ?

Nous commençons maintenant à étudier une nouvelle section de la physique, « l’électrodynamique ». Ce nom lui-même montre que nous parlerons de processus déterminés par le mouvement et l'interaction de particules chargées électriquement. Cette interaction est appelée électromagnétique. L'étude de la nature de cette interaction nous mènera à l'un des concepts les plus fondamentaux de la physique : le concept de champ électromagnétique.

L'électrodynamique est la science des propriétés et des modèles de comportement d'un type particulier de matière : le champ électromagnétique qui interagit entre des corps ou des particules chargés électriquement.

Parmi les quatre types d'interactions découvertes par la science - gravitationnelle, électromagnétique, forte (nucléaire) et faible - ce sont les interactions électromagnétiques qui occupent la première place dans l'ampleur et la variété des manifestations. Dans la vie quotidienne et dans la technologie, nous rencontrons le plus souvent différents types de forces électromagnétiques. Ce sont les forces d’élasticité, de friction, la force de nos muscles et des muscles de divers animaux.

Les interactions électromagnétiques vous permettent de voir le livre que vous lisez car la lumière est une forme de champ électromagnétique. La vie elle-même est impensable sans ces forces. Les êtres vivants et même les humains, comme l'ont montré les vols des cosmonautes, sont capables de rester longtemps en apesanteur, lorsque les forces de la gravité universelle n'ont aucun effet sur l'activité vitale des organismes. Mais si l’action des forces électromagnétiques cessait un instant, la vie disparaîtrait immédiatement.

Dans l'interaction des particules dans les plus petits systèmes de la nature - dans les noyaux atomiques - et dans l'interaction des corps cosmiques, les forces électromagnétiques jouent un rôle important, tandis que les interactions fortes et faibles ne déterminent les processus qu'à une très petite échelle et les forces gravitationnelles uniquement à une échelle cosmique. La structure de la coque atomique, la cohésion des atomes dans

les molécules (forces chimiques) et la formation de quantités macroscopiques de matière sont déterminées uniquement par des forces électromagnétiques. Il est difficile, voire impossible, d'indiquer des phénomènes qui ne seraient pas associés à l'action de forces électromagnétiques.

La création de l'électrodynamique a conduit à une longue chaîne de recherches systématiques et de découvertes accidentelles, commençant par la découverte de la capacité de l'ambre frotté sur la soie à attirer les objets légers et se terminant par l'hypothèse du grand scientifique anglais James Clerk Maxwell sur la génération d'un champ magnétique par un champ électrique alternatif. Ce n'est que dans la seconde moitié du XIXe siècle, après la création de l'électrodynamique, que l'utilisation pratique généralisée des phénomènes électromagnétiques a commencé. L'invention de la radio par A. S. Popov est l'une des applications les plus importantes des principes de la nouvelle théorie.

Avec le développement de l’électrodynamique, pour la première fois, la recherche scientifique a précédé les applications techniques. Si la machine à vapeur a été construite bien avant la création de la théorie des processus thermiques, il n'a été possible de construire un moteur électrique ou un récepteur radio qu'après la découverte et l'étude des lois de l'électrodynamique.

D’innombrables applications pratiques des phénomènes électromagnétiques ont transformé la vie des populations du monde entier. La civilisation moderne est impensable sans l’utilisation généralisée de l’énergie électrique.

Notre tâche est d'étudier les lois fondamentales des interactions électromagnétiques, ainsi que de se familiariser avec les principaux moyens d'obtenir de l'énergie électrique et de l'utiliser dans la pratique.